一种钛酸钡包覆三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种钛酸钡包覆三元正极材料及其制备方法和应用，该钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法包括向乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液中加入水，控制体系温度和pH值，搅拌混合均匀，得到包覆体前驱液；向包覆体前驱液中加入三元正极材料以及聚乙二醇，搅拌反应后，烘干煅烧，得到钛酸钡包覆的三元正极材料。钛酸钡包覆层可有效阻断三元正极材料与电解液的接触，防止过渡金属的溶解，避免了三元正极材料性能的快速衰退。同时，钛酸钡具有铁电性以及压电性能，可有效促进锂离子的嵌入和脱出过程。该方法制备周期短、方法安全简单、能耗低、有效确保了三元正极材料稳定性以及锂离子的嵌/脱速率，提升了三元正极材料的电化学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸钡包覆三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂电池正极材料领域，涉及一种钛酸钡包覆三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因能量密度高、循环寿命长、绿色环保等优点，被广泛应用。而锂离子电池正极材料比容量低，性能衰减快，严重制约着锂离子电池的发展。三元正极材料，尤其是高镍三元正极材料因镍、钴、锰协同作用，相比其他正极材料，容量更高、循环性能良好，价格适中，是实现锂离子电池300～350Wh/kg能量密度的重要材料，但三元正极材料在充放电过程中较容易与电解液发生副反应，导致表面结构重构，过渡金属溶解。同时。伴随着微裂纹的产生，微裂纹又会暴露出更多的反应位点，进一步导致相变的产生及微裂纹的扩展。三元正极材料与电解液发生副反应是其性能衰退，不稳定的极为关键的因素。现有技术中多采用包覆技术对三元正极材料进行处理，但是现有技术中的包覆主要是起到物理屏障以及锂离子嵌/脱通道的作用，甚至有些包覆层虽然有效保护了内部的正极材料，但是对锂离子的嵌/脱过程造成影响，导致最终对三元正极材料性能的改善有限。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种钛酸钡包覆三元正极材料及其制备方法和应用，从而解决现有技术中三元正极材料被包覆后对锂离子嵌/脱过程影响的技术问题。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，包括
[0006]S1：向乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液中加入水，控制体系温度和pH值，搅拌混合均匀，得到包覆体前驱液；
[0007]S2：向所述包覆体前驱液中加入三元正极材料以及聚乙二醇，搅拌反应后，烘干煅烧，得到所述钛酸钡包覆的三元正极材料。
[0008]优选的，所述步骤S1中，乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液的配制过程为将乙酸钡溶于乙酸中得到乙酸钡的乙酸溶液，将钛酸四丁酯溶于乙醇中得到钛酸四丁酯的乙醇溶液，然后将所述乙酸钡的乙酸溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合均匀，得到所述乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液。
[0009]优选的，所述乙酸钡的乙酸溶液中乙酸和乙酸钡的摩尔比为(10～30):(0.5～2)，所述钛酸四丁酯的乙醇溶液中乙醇与钛酸四丁酯的摩尔比为(1～10):(0.5～2)。
[0010]优选的，所述步骤S1中钛酸四丁酯与水的摩尔比为(0.5～1.5):(15～30)。
[0011]优选的，控制体系温度为25～45℃，控制体系pH值为1～5。
[0012]优选的，所述三元正极材料为LiNi
0.33
Co
0.33
Mn
0.33
O2、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2以及LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2中的任意一种。
[0013]优选的，所述步骤S2中，煅烧温度为700～1200℃，煅烧时间为24～72h。
[0014]优选的，所述反应体系中生成的钛酸钡占三元正极材料质量的1wt％～4wt％。
[0015]一种钛酸钡包覆的三元正极材料，采用上述的制备方法制得；所述钛酸钡包覆的三元正极材料在2.7～4.3V电压区间内，0.1C倍率下，100圈循环后容量保持率不小于71％。
[0016]上述钛酸钡包覆的三元正极材料在锂离子电池中的应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，乙酸钡与钛酸四丁酯原位在三元正极材料表面构筑钛酸钡包覆层，可有效阻断三元正极材料与电解液的接触，避免了三元正极材料与电解液之间的反应，抑制电解液与电池装配材料中不可避免的残余水分反应产生的HF对电极材料的腐蚀，防止过渡金属的溶解，避免了三元正极材料性能的快速衰退。同时，钛酸钡具有铁电性，在充放电过程中原位形成局部微电场，在放电过程中，该微电场的方向与锂离子的运动方向相反，在充电过程中，该微电场的方向与锂离子的运动方向相同，因此该微电场的存在可加速锂离子传输，另外，钛酸钡具有压电特性，其内部的三元正极材料在充放电过程中体积会发生变化，对包覆在外面的钛酸钡产生应力作用，钛酸钡的压电特性可将该机械应力作用转变为压电势，该压电势的存在可进一步的促进锂离子的传输，该方法在三元正极材料表面形成钛酸钡包覆层。该方法制备周期短、方法安全简单、能耗低、所需设备简单，制得的钛酸钡包覆的三元正极材料在确保内部三元正极材料稳定性的同时，有效提升了锂离子的嵌/脱速率，提升了三元正极材料的电化学性能。
[0019]进一步的，采用乙酸配制乙酸钡溶液可以使得乙酸钡更好的溶解，采用乙醇配制钛酸四丁酯溶液可以使得钛酸四丁酯更好的分散，最终得到的乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液中溶质的分散更加均一稳定，有利于后期在三元正极材料上形成均一的包覆层。
[0020]进一步的，控制体系温度为25～45℃进行水解反应以及溶胶凝胶反应，此处反应温度过低，导致反应速率太慢，反应时间过长，而反应过度过高，导致沉积在三元正极材料表面的钛酸钡破裂，影响产物性能。控制体系pH值为1～5时，可有效使得乙酸钡与钛酸四丁酯发生溶胶凝胶反应，同时控制体系pH值可有效控制钛酸四丁酯的水解反应以及溶胶凝胶反应中成胶的反应时间，结合温度，综合控制成胶的时间以及成胶的质量，保证成胶时间短，同时形成的凝胶干燥后不开裂，保持三元正极材料表面包覆层的完整性。
[0021]进一步的，煅烧温度为700～1200℃，煅烧时间为24～72h，使得生成的钛酸钡结晶性更好，有助于提升其铁电性能和压电性能，有助于锂离子的嵌入和脱出过程。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1为本专利技术制备钛酸钡包覆的三元正极材料的流程示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制得的钛酸钡包覆的三元正极材料的XRD图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制得的钛酸钡包覆的三元正极材料的EDS Mapping图；
[0026]图4为本专利技术实施例1制得的钛酸钡包覆的三元正极材料的循环性能图；
[0027]图5为本专利技术实施例1制得的钛酸钡包覆的三元正极材料的倍率性能测试图。
具体实施方式
[0028]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括S1：向乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液中加入水，控制体系温度和pH值，搅拌混合均匀，得到包覆体前驱液；S2：向所述包覆体前驱液中加入三元正极材料以及聚乙二醇，搅拌反应后，烘干煅烧，得到所述钛酸钡包覆的三元正极材料。2.根据权利要求1所述的一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液的配制过程为将乙酸钡溶于乙酸中得到乙酸钡的乙酸溶液，将钛酸四丁酯溶于乙醇中得到钛酸四丁酯的乙醇溶液，然后将所述乙酸钡的乙酸溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合均匀，得到所述乙酸钡与钛酸四丁酯的混合溶液。3.根据权利要求2所述的一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述乙酸钡的乙酸溶液中乙酸和乙酸钡的摩尔比为(10～30):(0.5～2)，所述钛酸四丁酯的乙醇溶液中乙醇与钛酸四丁酯的摩尔比为(1～10):(0.5～2)。4.根据权利要求1所述的一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中钛酸四丁酯与水的摩尔比为(0.5～1.5):(15～30)。5.根据权利要求1所述的一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，控制体系温度为25～45℃，控制体系pH值为1～5。6.根据权利要求1所述的一种钛酸钡包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料为LiNi

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆梅，史伟昊，杜高辉，李华煜，许并社，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：