[发明专利]掺杂TiO2

说明书

本发明公开了一种掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂及其制备方法、锂离子电池，该掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂的制备包括以下步骤：提供掺杂TiO₂纳米管，所述掺杂TiO₂管为氧化镍掺杂的TiO₂纳米管，且具有介孔纳米管结构；提供钴酸锂材料；将所述掺杂TiO₂纳米管和钴酸锂材料混合均匀后，高温处理，制得掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂。该掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂具有优异的电化学性能，使得以其为正极活性物质的LiCoO₂电池具有优异的放电比容量、质量能量密度和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂的制备方法，还涉及该制备方法制得的掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂，以及该掺杂TiO₂纳米管包覆钴酸锂作为正极活性材料在制备锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池作为目前综合性能最优的新能源电池，其具有工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长、质量轻、无记忆效应、环境污染少的优点。锂离子电池的四大关键材料包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，为了改善锂离子电池的性能，通常也是从以上四大关键材料着手。

目前锂离子电池的正极材料常见的有：钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)以及镍钴锰三元材料(NCM)等。其中，钴酸锂作为正极材料的钴酸锂电池由于具有良好的电化学性能和储能特性，成为一些如笔记本电脑、手机、数码相机等便携电子设备的电源首选。但是LiCoO₂在深度充放电情况下，其结构稳定性和安全性能存在明显缺陷。因此，提高钴酸锂电池的性能尤为重要。

目前主流的改善钴酸锂电池性能的方法主要有掺杂、包覆、电解液的优化、功能隔膜的使用等。其中，掺杂和包覆是对正极或负极材料常用的改性方式。具体的说，掺杂是通过引入其他元素，掺入材料晶格中，优化体相结构，抑制充放电过程中相变，从而起到改善循环的作用；包覆是在表层或浅层引入其他元素，优化表面界面结构，抑制表面界面副反应，从而起到改善循环的作用。

一般来说，表面包覆能够抑制表面元素溶解，稳定表面结构，对于电化学性能的提升具有明显的效果。表面包覆主要包括:(1)电子导体包覆；(2)离子导体包覆；(3)电子离子双导体包覆；(4)电子离子双绝缘包覆。目前，最常见、最理想的包覆材料都是离子、电子双绝缘的包覆。电子离子双绝缘包覆指包覆层既能够传导电子，也能够传导理离子，这种材料一般都可以单独作为电极材料使用。其中以氧化物最为常见，氟化物次之，磷化物再次之。

关于氧化物包覆对材料性能的改善，学术界具有较为一致的观点。氧化物包覆能够实现物理阻挡与化学稳定的作用，缓解Co的溶出。同时，包覆氧化物具有双性氧化特征，既能与酸反应，也能与碱反应，可以在正极表面有效消耗电解液中包括HF在内的各类腐蚀性物质，提高材料的表界面稳定性。

比如公开号为CN103441267A的中国专利申请中公开了一种二氧化钛包覆钴酸锂正极材料的制备方法，其中，包覆材料为TiO₂纳米管粉末材料，发明中原料成分和产物配方容易控制，适宜大规模批量化生产；电化学测试表明采用该发明合成的二氧化钛包覆改性的钴酸锂正极材料比容量高，循环性能优良。但该方案中TiO₂包覆层为常规的颗粒状，容易聚集在LiCoO₂的表面，分散性不佳，不利于电池材料性能更好的发挥。

发明内容