一种钛酸锂制造技术

一种钛酸锂

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂/二氧化钛包覆的三元正极极片及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片及其制备方法和用途
。

技术介绍

[0002]三元层状材料
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2凭借其较高的理论容量，高的反应平台电压，从而成为高能量密度的动力电池体系的首选，但是作为车用动力电池，三元材料还需要提升循环性能与倍率性能，其中包覆手段可以减少材料在电池循环过程中的副反应，对材料进行保护，而且一些功能化的包覆材料可以进一步提升材料的循环性能和倍率性能
。
而钛酸锂
/
二氧化钛包覆是提高材料导电性的重要手段，低成本
、
环境友好等优点使得钛酸锂
/
二氧化钛包覆逐渐成为正极材料改性的重要策略
。
[0003]现有的钛酸锂
/
二氧化钛包覆技术选用的钛酸锂
/
二氧化钛源需要在惰性气氛下高温钛酸锂
/
二氧化钛化处理，但是三元正极材料尤其是高镍材料在合成过程需要有较高的氧分压，在高温惰性气氛下对三元材料进行热处理时，三元材料会被还原，使材料表面结构遭到损坏，从而破坏材料性能
。
因此如何在钛酸锂
/
二氧化钛包覆的过程中避免三元材料的还原与结构破坏，提高锂离子电池的循环性能及热稳定性，是亟待解决的技术问题
。
[0004]中国专利
CN103474628A
公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料，制备方法包括以下步骤：
S1、
以镍盐
、
钴盐和锰盐为原料，制备三元正极材料前驱体；
S2、
制备导电碳分散体系：将导电碳分散于含有有机碳源的水中；
S3、
将三元正极材料前驱体和锂化合物加入到导电碳分散体系中，混合均匀，获得混合物；
S4、
将混合物在真空条件下烘干；
S5、
将经烘干的混合物在密闭条件下或者惰性气体保护的气氛中高温处理，获得钛酸锂
/
二氧化钛包覆三元正极材料
。
上述方案需要高温碳化处理，因此其制备条件较为苛刻，且在高温惰性气氛下对三元材料进行热处理时，三元材料会被还原，使材料表面结构遭到损坏，从而破坏材料性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片及其制备方法和用途，通过磁控溅射法在室温下就可以对三元材料进行钛酸锂
/
二氧化钛包覆，能够避免三元材料的还原与结构破坏，此外，钛酸锂
/
二氧化钛包覆还能有效地改善三元正极材料的循环性能及热稳定性，提高材料倍率性能
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)
将三元材料
、
导电剂
、
粘结剂和溶剂混合，得到正极浆料；所述三元材料的化学式为
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，0＜
x
＜1，0＜
y
＜1；
[0009]2)
将步骤
1)
所述正极浆料涂覆于集流体表面，干燥，得到未包覆的三元正极极片；
[0010]3)
将钛酸锂
/
二氧化钛材料以磁控溅射的方式包覆于步骤
2)
所述的未包覆的三元正极极片表面，得到所述钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片
。
[0011]步骤
1)
中，按质量比计，三元材料含量
80
％～
99
％，导电剂含量
0.2
％～
10
％
、
粘结剂含量
0.2
％～
10
％
。
[0012]步骤
1)
中，所述导电剂包括碳黑
、
导电碳管
、
导电碳纳米管中的至少一种；所述粘结剂包括聚四氟乙烯
、
聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素中的至少一种；所述溶剂包括
N
‑
甲基吡咯烷酮
。
[0013]步骤
2)
中，所述集流体包括铝箔；干燥温度为
60
～
120℃。
[0014]步骤
3)
中，钛酸锂
/
二氧化钛材料包覆的厚度为2～
100nm。
[0015]步骤
3)
中，所述磁控溅射的靶材采用钛酸锂
/
二氧化钛靶材
。
[0016]步骤
3)
中，磁控溅射的方法为将未包覆的三元正极极片放入磁控溅射腔体中，抽真空，然后通入保护性气体，将钛酸锂
/
二氧化钛材料溅射于未包覆的三元正极极片表面，形成钛酸锂
/
二氧化钛包覆层，对极片进行辊压
。
[0017]步骤
3)
中，腔体抽真空后的真空度为
10
‑5～
10
‑3Pa
；所述保护性气体包括氩气和
/
或氧气；所述氩气的通入流量为
25
～
50sccm
；所述氧气的通入流量为0～
20sccm
；所述磁控溅射的溅射时间为1～
30min。
[0018]所述的钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片用于制备锂离子电池
。
[0019]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0020]本专利技术通过磁控溅射的方法在室温下就可以对三元材料进行钛酸锂
/
二氧化钛包覆，能够避免三元材料的还原与结构破坏，钛酸锂
/
二氧化钛包覆能够减少三元正极材料与电解液的直接接触面积，抑制正极材料高价金属离子与电解液之间的副反应，从而改善三元正极材料的循环性能及热稳定性
。
此外，包覆的钛酸锂
/
二氧化钛层可以提高材料表面的电子导电能力，减小充放电过程中的极化现象，从而提高材料倍率性能，使得电池在
1C
充放电循环
100
圈后，容量保持率仍可达
93.2
％及以上
。
同时本专利技术所提供的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
将三元材料
、
导电剂
、
粘结剂和溶剂混合，得到正极浆料；所述三元材料的化学式为
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，0＜
x
＜1，0＜
y
＜1；
2)
将步骤
1)
所述正极浆料涂覆于集流体表面，干燥，得到未包覆的三元正极极片；
3)
将钛酸锂
/
二氧化钛材料以磁控溅射的方式包覆于步骤
2)
所述的未包覆的三元正极极片表面，得到所述钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片
。2.
如权利要求1所述的一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中，按质量比计，三元材料含量
80
％～
99
％，导电剂含量
0.2
％～
10
％
、
粘结剂含量
0.2
％～
10
％
。3.
如权利要求1所述的一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中，所述导电剂包括碳黑
、
导电碳管
、
导电碳纳米管中的至少一种；所述粘结剂包括聚四氟乙烯
、
聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素中的至少一种；所述溶剂包括
N
‑
甲基吡咯烷酮
。4.
如权利要求1所述的一种钛酸锂
/
二氧化钛包覆的三元正极极片的制备方法，其特征在于：步骤<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭航，黄凯，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：