一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法。本发明专利技术的正极材料的化学式为Li(Ni

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备的日益小型化、轻薄化，市场对锂离子电池的能量密度、电化学性能和安全性能的要求不断提高。锂离子电池的技术瓶颈主要在于正极材料。当前商用的锂电池材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及三元材料等。其中，三元材料具有较高的比容量、能量密度和功率密度，工作电压高并且稳定性好，从而成为商业研究的热门材料。目前，三元正极材料朝着高高镍材料发展，随着Ni的含量的提高，锂离子电池的容量、能量密度也会相应提高。因此许多研究人员致力于开发大容量，快速充放电速率和长寿命的正极材料。在这方面，可逆容量和低成本的高镍材料已引起越来越多的关注，但是，镍含量的增加，对电池的循环性能和热稳定性会带来不利的影响，主要表现在循环充放电容量损失和高温环境下容量的大幅衰减，该缺点限制了高镍正极材料的应用。因此，针对现有技术不足，提供一种能同时提高三元材料循环、倍率性能，热稳定性能的锂离子电池三元正极材料及其制备方法特别重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法。本专利技术正极材料组装的电池首次放电容量高，循环稳定性好。本专利技术进一步所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法。本专利技术制备方法简单合理，成本较低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法，化学式为Li(NixCoyMnz)O2·nLipLaqTiw(PO4)3，其中，x、y、z、p、q、w、n为摩尔数，0.6≤x<1，0<y≤0.2，0<z≤0.2，x+y+z＝1；3.2≤p+q+w≤3.5，1.2≤p≤1.5，0.2≤q≤0.5，1.5≤w≤1.8，0<n≤0.05，所述正极材料表面均匀包覆LipLaqTiw(PO4)3。优选的，所述正极材料粒径为2.0～3.0μm，表层有磷酸钛镧锂包覆层，厚度为2～5nm。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)以摩尔比计，首先将1～3moL/L的NiSO4·6H2O、CoSO4·H2O、MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝x:y:z)均匀混合，同时将NaOH溶液(5～6mol/L)和作为配位剂的NH3·H2O溶液(4～5mol/L)分别加入反应槽中。调节PH值于10～11.0，氨水浓度为2～2.5mol/L。进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后得到前驱体NixCoyMnz(OH)2。(2)以摩尔比计，以锂源与NixCoyMnz(OH)2前驱体材料金属离子比Li：(Ni+Co+Mn)＝1～1.2:1的比例，将经步骤(1)得到的NixCoyMnz(OH)2前驱体材料与锂源进行均匀混合，在混料罐中混合10～12h后，在氧气气氛下进行两段烧结，在600～750℃加热预处理4～9h，后在800～900℃烧结10～20h，自然冷却至90℃拿出样品，得到正极材料Li(NixCoyMnz)O2。(3)以摩尔比计，将锂源和镧源均匀分散于有机溶剂中，然后缓慢加入磷源与钛源，分散均匀，得混合液；向所得混合液中加入步骤(2)得到的正极材料Li(NixCoyMnz)O2，调整固液比为1g:6～15mL，搅拌蒸发溶剂，得到黑色浆料，真空干燥，获得预烧物。(4)对步骤(3)所得预烧物进行研磨，获得预烧粉末；然后在氧气气氛下烧结，得到磷酸钛铟锂修饰的正极材料；其中，0.6≤x<1，0<y≤0.2，0<z≤0.2，x+y+z＝1。优选的，步骤(3)中，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述钛源选自钛酸四丁酯、四氯化钛和异丙醇钛中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述磷源选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述磷源溶液的溶剂选自甲醇、无水乙醇和丙醇中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述镧源选自硝酸镧和硫酸镧中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述混合液中，锂、铟、钛和磷四者的物质的量之比为1.2～2.8:0.2～1.8:0.2～1.8:2～4，更为优选的，所述锂、铟、钛和磷四者的物质的两者之比为1.2:0.2:1.8:3。优选的，步骤(3)中，所述蒸发溶剂的温度为60～85℃，时间为3～8h；更为优选的，所述蒸发溶剂的温度为75～80℃，时间为3～4h。优选的，步骤(3)中，所述真空干燥温度为80～110℃，时间为6～12h。优选的，步骤(4)中，所述研磨时间为5～10min。优选的，步骤(4)中，所述烧结的温度为600～800℃，时间为9～15h。本专利技术的有益效果在于(1)本专利技术正极材料为单晶颗粒，表层有磷酸钛镧锂形成的均匀包覆层，厚度为2～5nm；本专利技术正极材料具有优异的电化学性能，采用本专利技术正极材料组装的电池，在2.75～4.4V，1C下，首次放电克容量达192.1mAh/g，1C下循环100圈，容量仍为174.9mAh/g，容量保持率达91.05％；(2)本专利技术制备方法使得磷酸钛镧锂成功的包覆在正极材料表层；且制作方法简单易行，环境污染少，经济效益优异，具有很好的价值。附图说明图1是本专利技术实施例2所得的正极材料的SEM图；图2是本专利技术实施例2所得的正极材料的XRD图；图3是本专利技术实施例2所得的正极材料与对比例1循环性能图。具体实施方式以下结合具体实例和附图对本专利技术进行进一步的说明。实施例1(1)以摩尔比计，首先将1moL/L的0.9moL的NiSO4·6H2O、0.05moL的CoSO4·7H2O、0.05moL的MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝90:5:5)均匀混合，同时将NaOH溶液(5.5mol/L)和作为配位剂的NH3.H2O溶液(4mol/L)分别加入反应槽中。调节PH值于10.2，氨水浓度为2.5mol/L。进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后可得到前驱体Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2。(2)以摩尔比计，以锂源与Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2前驱体材料金属离子比Li：(Ni+Co+Mn)＝1:1的比例，将经步骤(1)所得的Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2前驱体材料与锂源进行均匀混合，在混料罐中混合10h后；在氧气气氛下进行两段烧结，在600℃下加热预处理4～9h，后在810℃下烧结15h，自然冷却至90℃拿出样品，得到正极材料Li(Ni0.9Co0.05Mn0.05)O2。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料，其特征在于，正极材料的化学式为Li(Ni

【技术特征摘要】
1.一种采用磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料，其特征在于，正极材料的化学式为Li(NixCoyMnz)O2·nLipLaqTiw(PO4)3，其中，x、y、z、p、q、w、n为摩尔数，0.6≤x<1，0<y≤0.2，0<z≤0.2，x+y+z＝1；3.2≤p+q+w≤3.5，1.2≤p≤1.5，0.2≤q≤0.5，1.5≤w≤1.8，0<n≤0.05，所述正极材料表面均匀包覆LipLaqTiw(PO4)3。


2.根据权利要求1所述采用磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料，其特征在于，所述正极材料粒径为2.0～3.0μm，表层有磷酸钛镧锂包覆层，厚度为2～5nm。


3.一种如权利要求1-2所述的采用磷酸钛镧锂包覆改性的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以摩尔比计，首先将1～3moL/L的NiSO4·6H2O、CoSO4·H2O、MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝x:y:z)均匀混合，同时将5-6mol/LNaOH溶液和作为配位剂的4～5mol/LNH3·H2O溶液分别加入反应槽中，调节PH值于10～11，氨水浓度为2.5～3mol/L，进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后，得到前驱体NixCoyMnz(OH)2。
(2)以摩尔比计，以锂源与NixCoyMnz(OH)2前驱体材料金属离子比Li：(Ni+Co+Mn)＝1～1.2:1的比例，将经步骤(1)所得的NixCoyMnz(OH)2前驱体材料与锂源进行均匀混合，在混料罐中混合10～12h后；在氧气气氛下进行两段烧结，在600～750℃下加热预处理4～9h，后在800～900℃下烧结10～20h，自然冷却至90℃拿出样品，得到正极材料Li(NixCoyMnz)O2。
(3)以摩尔比计，将锂源和镧源均匀分散于有机溶剂中，然后缓慢加入磷源与钛源，分散均匀，得到混合液；向所得混合液中加入步骤(2)得到的正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧星，范鑫铭，刘赟，张佳峰，张宝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43