一种包覆有保护层的锂电池正极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种包覆有保护层的锂电池正极材料，属于锂电池正极材料技术领域。锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，保护层TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1‑8:99.9‑92；包覆TiO2保护层采用的原料钛酸四丁酯与有机酸的质量比为1‑5:10‑200，钛酸四丁酯、有机酸和Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的总质量与有机溶剂的配比是1g:10‑20ml。本发明专利技术具有产品稳定性好，循环性能高，包覆效果好，能够有效提高材料的电化学性能，制备工艺简单，操作方便，适用范围广等优点。

A Cathode Material for Lithium Batteries Coated with Protective Layer

【技术实现步骤摘要】
一种包覆有保护层的锂电池正极材料
本专利技术属于锂电池正极材料
，特别是涉及一种包覆有保护层的锂电池正极材料。
技术介绍
锂电池是二十世纪九十年代发展起来的电池体系，于1990年由日本的索尼公司商业化成功并投放市场。锂电池以其重量轻、电压高、容量大、功率大、寿命长、安全性能好、无记忆效应等优点而发展迅猛，迅速取代镍铬电池和镍氢电池，广泛应用于小型便携式电子产品和电动工具，近几年又在电动汽车领域发展的如火如荼，得到了广泛应用。目前锂电池已深入到我们生活的方方面面，显示出无法替代的巨大优势。但随着各种电子产品功能的日新增强以及锂电池在电动汽车上的大规模应用，市场对锂电池性能要求越来越高，尤其是高比能性能的需求尤为迫切。锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液组成，其中限制锂电池性能提高的最大瓶颈就是锂电池正极材料。目前应用的锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，钴酸锂是最早应用、最成熟的正极材料，但钴资源较少、价格高，又具有毒性，同时其放电比容量在150mAh/g左右,并不高；锰酸锂由于锰资源丰富，因此价格低廉，制备也比较容易，但尖晶石结构的锰酸锂容易发生姜-泰勒效应，而且高温不稳定，Mn易溶解，比能量在110mAh/g左右；磷酸铁锂具有成本低、无毒、高安全性等优点，但其电导率低、低温性能较差、振实密度也低，放电比容量在160mAh/g左右；三元材料由于结合了镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂的优点，性能优于任何一个单一材料，具有明显的三元协同效应，尤其是近几年研发的富锂三元材料，在较高的电压下展现了200mAh/g以上的放电比容量，具有突出的高比能特性。通过研究发现Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2是一种非常好的高比能锂电池正极材料，其实际放电比容量可以达到250mAh/g以上，但是其稳定性以及循环性能还有待于进一步提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种包覆有保护层的锂电池正极材料,具有产品稳定性好，循环性能高，包覆效果好，能够有效提高材料的电化学性能，制备工艺简单，操作方便，适用范围广等特点的包覆有二氧化钛(TiO2)保护层的锂电池正极材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种包覆有保护层的锂电池正极材料，锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，保护层TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1-8:99.9-92。包覆TiO2保护层采用的原料钛酸四丁酯与有机酸的质量比为1-5:10-200，钛酸四丁酯、有机酸和Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的总质量与有机溶剂的配比是1g:10-20ml。所述有机酸为柠檬酸、苹果酸中的一种或两种的混合物。所述有机溶剂为乙醇、乙二醇中的一种或两种的混合物。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用在溶有有机酸的有机溶液中加入钛酸四丁酯和锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2，得到了表面包覆有TiO2保护层的锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2。经过理化和电性能测试分析表明，表面包覆有TiO2的锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的基体结构没有被改变，只是在正极材料的表面形成了一层TiO2包覆保护层，保持锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2原有高比能性能的同时，具有能够有效阻止电极材料与电解液接触的作用，增加了锂电池正极材料在充放电过程中的稳定性，使得锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的循环性能得到了明显提升，进一步提高了材料的电化学性能；(2)本专利技术采用溶胶-凝胶法进行锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的表面包覆，得到的材料包覆层更加均匀、致密，极大地提高了包覆效果。附图说明图1是本专利技术锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2包覆TiO2前后XRD的比较图；图2是本专利技术锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2包覆TiO2前后循环性能曲线比较图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本专利技术的包覆有保护层的锂电池正极材料，锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，保护层TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1-8:99.9-92。包覆TiO2保护层采用的原料钛酸四丁酯与有机酸的质量比为1-5:10-200，钛酸四丁酯、有机酸和Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的总质量与有机溶剂的配比是1g:10-20ml。所述有机酸为柠檬酸、苹果酸中的一种或两种的混合物。所述有机溶剂为乙醇、乙二醇中的一种或两种的混合物。上述包覆有保护层的锂电池正极材料，制备方法如下：(1)将钛酸四丁酯溶解在溶有有机酸的有机溶剂中，搅拌混合均匀，然后加入锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2，常温下继续搅拌6-18h，使它们在分子水平上充分混合均匀形成溶胶；然后在继续搅拌的同时将溶胶加热至60-100℃，恒温下继续搅拌直至溶剂挥发掉后得到干燥的凝胶；(2)将步骤(1)中获得的凝胶研磨后放入马弗炉中，以5-10℃/min的升温速率加热升温至500-900℃，然后在空气气氛中持续恒温煅烧4-20h，停止加热，随炉温自然冷却后即得到表面包覆有TiO2的锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2。所述有机酸为柠檬酸、苹果酸中的一种或两种的混合物；所述有机溶剂为乙醇、乙二醇中的一种或两种的混合物；所述钛酸四丁酯与有机酸的质量比为1-5:10-200；所述干燥的凝胶中TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1-8:99.9-92；所述钛酸四丁酯、有机酸和Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的总质量与有机溶剂的配比是1g:10-20ml。实施例1一种包覆有保护层的锂电池正极材料，Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，其制备过程：将1.01g钛酸四丁酯，加入到溶有12.5g柠檬酸的390ml乙醇中，搅拌使其溶解，然后加入25g锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2，常温下继续搅拌12h，使它们在分子水平上充分混合均匀形成溶胶；然后在继续搅拌的同时将溶胶加热至80℃，恒温下继续搅拌直至溶剂挥发掉后得到干燥的凝胶；将凝胶研磨均匀后，放入马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热升温至700℃，在空气气氛中恒温煅烧7h；在此高温煅烧过程中在正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的表面形成TiO2晶体，随炉温自然冷却后即得到表面包覆有TiO2的锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2。实施例2一种包覆有保护层的锂电池正极材料，Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，其制备过程：将2.04g钛酸四丁酯，加入到溶有25g苹果酸的550ml乙醇中，搅拌使其溶解，然后加入25g锂电池正极材料L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包覆有保护层的锂电池正极材料，其特征在于，锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，保护层TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1‑8:99.9‑92。

【技术特征摘要】
1.一种包覆有保护层的锂电池正极材料，其特征在于，锂电池正极材料Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2表面包覆有TiO2保护层，保护层TiO2与Li1.2Ni0.1Co0.1Mn0.6O2的物质的量的比为0.1-8:99.9-92。2.根据权利要求1所述包覆有保护层的锂电池正极材料，其特征在于，包覆TiO2保护层采用的原料钛酸四丁酯与有机酸的质量比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭庆文，齐俊娟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12