[发明专利]一种掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料及其制备方法。该制备方法包括：步骤S1，将镍锰酸锂和钛酸锂进行湿磨、第三喷雾干燥，得到混合粒子；以及步骤S2，将混合粒子进行第三焙烧，得到三元正极材料。本申请通过将镍锰酸锂和钛酸锂以湿磨的方式进行混合，然后以喷雾干燥的方式进行干燥确保了各种材料的均匀混合，所得到的材料外形更加接近球形，对材料的电化学性能有了较大提升。因此本申请的制备方法保证了最终产物中镍、锰、钛、锂四种金属离子达到均匀混合，从而各自充分发挥作用，有利于提高材料的性能。经测试所得三元正极材料的振实密度为2.0～2.3g/cm³。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料制备领域，具体而言，涉及一种掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料及其制备方法。

背景技术

二元材料通过Ni-Mn的协同效用，结合了二种材料的特点：LiNiO₂的高比能量和LiMnO₂的高安全性及低成本，已成为目前最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。但是随着二元材料中Ni含量的增加，电池循环性能变差。造成这一现象的主要原因是随着Ni含量增加在充放电过程中发生了多次相变。

由于二元材料具有一些本征的缺点，例如在高电压下循环发生相变造成循环稳定性不好，电子电导率低和Li/Ni混排造成的倍率性能差，容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应生成Li₂CO₃和LiOH，造成高温气胀和循环性能下降，高脱锂状态下Ni⁴⁺的强氧化性趋于还原生成Ni³⁺而释放O₂造成热稳定性不好。针对这些问题，人们发现可以通过离子掺杂、表面包覆以及采用电解液添加剂等措施电化学性能改善的三元材料。

钛酸锂是一个“零应变”材料，在锂离子嵌入脱出的过程中，能稳定材料的结构；在Li-Ti-O中，钛是一个快速锂离子导体。该材料的引入可以扩大二元材料中的锂离子的离子扩散系数；最后，在镍锰层状结构中植入钛酸锂尖晶石组分，可以提高首次库伦效率，抑制不可逆容量损失，这主要是钛酸锂可以吸纳从镍锰材料中脱出的多余的锂离子。所以，通过掺杂钛酸锂，不仅可以提高材料的安全性，还可以提高材料的循环性能，提高活性物质利用率。

但是，目前的钛酸锂掺杂的镍锰酸锂的正极材料的制备过程中，通常需要采用有机溶剂或者有机分散剂来提高各元素的混合均匀性，导致材料成本增加，而且所得到的正极材料的电学性能改善并不明显。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料及其制备方法，以解决现有技术中掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料的电学性能不足的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种掺杂钛酸锂的镍锰酸锂三元正极材料的制备方法，包括：步骤S1，将镍锰酸锂和钛酸锂进行湿磨、第三喷雾干燥，得到混合粒子；以及步骤S2，将混合粒子进行第三焙烧，得到三元正极材料。

进一步地，上述制备方法包括镍锰酸锂的制备过程，镍锰酸锂的制备过程包括：步骤A，将氢氧化镍、锰源与锂源分散在水中，形成第一分散液；步骤B，对第一分散液进行第一喷雾干燥、第一焙烧，得到镍锰酸锂。

进一步地，上述步骤A通过第一搅拌将氢氧化镍、锰源与锂源分散在水中，优选第一搅拌速度为1300～1450rpm、第一搅拌时间为3～8h。

进一步地，上述第一分散液中锂的摩尔量与镍锰总摩尔量之比为1～2:1，镍与锰的摩尔比为9～1：1，优选第一分散液中氢氧化镍和锰源的总重量含量为15％～35％，优选锂源为氢氧化锂或碳酸锂，优选锰源为二氧化锰、碳酸锰或氢氧化锰。