[发明专利]一种偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料及其制备方法，其是以镍钴锰三元正极材料作为内核，在内核的表面包覆有偏钛酸锂，并在包覆过程中添加螯合剂以促进包覆。本发明所得材料，尖晶石结构偏钛酸锂在锂离子嵌入脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，具有良好的循环寿命，有效避免了SEI膜的形成和金属锂沉积，而且Li₂TiO₃不仅能提高锂离子的电导率，同时还能提高材料结构的稳定性，进而有利于提高材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术及电化学领域，具体涉及一种偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型的化学电源，具有比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性价比高等特点，被称为“绿色环保电源”。锂离子电池不仅在诸如手机等便携式电子产品中得到广泛应用，同时在电动车领域中也存在着广阔的应用前景。在锂离子电池飞速发展的过程中，正极材料是制约其大规模推广以及应用甚至占领市场的瓶颈，所以在锂离子电池商业化的进程中，最关键的也是具有决定性作用的是制得性价比优良的正极材料。目前使用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰(NCA)、镍钴锰(NCM)等材料。

现阶段合成NCM的最常用方法是采用共沉淀法，其可根据实验条件对产物的粒度、形貌等进行调控且设备简单、操作容易。共沉淀法一般是先将镍盐、钴盐和锰盐和络合剂氨水，碱液NaOH并流加入到反应釜制备二价共沉淀前驱体,然后配锂烧结。该方法制备的材料存在着可逆容量低、倍率性能差等缺点。

目前对材料进行包覆改性被认为是提高锂离子电池正极材料电化学性能的有效手段。首先，包覆改性可以阻止活性物质与电解液接触，抑制副反应的发生，提升正极材料的循环性能；其次，高电导率材料如碳包覆可以增加正极材料电子导电率，提升材料的倍率性能。

发明内容

针对镍钴锰三元材料的不足，本发明提出了一种偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料及其制备方法，旨在通过添加螯合剂促进偏钛酸锂包覆正极材料，以提高镍钴锰三元材料在锂离子电池中的循环性能和容量保持率。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料，其特点在于：是以镍钴锰三元正极材料作为内核，在所述内核的表面包覆有偏钛酸锂；所述镍钴锰三元正极材料的通式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0<x≤0.1、0<y≤0.1；所述偏钛酸锂为Li₂TiO₃。

优选的，在所述偏钛酸锂包覆镍钴锰三元正极材料中，偏钛酸锂的质量占0.5％。

本发明偏钛酸锂偏钛酸锂包覆镍钻锰三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍盐、钴盐和锰盐溶于水中，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；

(2)将氢氧化钠溶液、氨水溶液和步骤(1)得到的混合溶液通过蠕动泵加到四口烧瓶中，通过共沉淀反应获得镍钴锰氢氧化物前驱体；

(3)将所述镍钴锰氢氧化物前驱体与锂源混合均匀后，在通氧气的管式炉中以2～5℃/min的升温速率升温至450～500℃，保温5h，再以2～5℃/min的升温速率升温至750～850℃，保温15h；随炉冷却后研磨过筛，得到镍钴锰锂氧化物粉末LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，即为镍钴锰三元正极材料；