[发明专利]一种表面包覆Li2TiO3和表层掺杂Ti的高镍材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种表面包覆Li₂TiO₃和表层掺杂Ti的高镍材料及制备方法，属于化学储能电池领域。所述材料以总体质量为100％计，表面包覆层Li₂TiO₃中的Ti的质量分数为0.1‑10％，表层掺杂的Ti的质量分数为0.1‑10％，除了Li₂TiO₃和表层中掺杂的Ti以外，其余为高镍材料，所述表面包覆Li₂TiO₃的厚度为0.01～5nm，所述表层是指从高镍材料表面到深度≤1微米之间的层。所述方法以氢氧化物共沉淀法制备镍钴氢氧化物，再通过钛酸四丁酯的水解在材料表面形成TiO₂层，混锂之后表面形成Li₂TiO₃包覆层，同时表层也有Ti掺杂，利用两者协同作用改善高镍材料的电化学性能和结构稳定性。

主权项

1.一种表面包覆Li₂TiO₃和表层掺杂Ti的高镍材料，其特征在于：所述材料以总体质量为100％计，表面包覆层Li₂TiO₃中的Ti的质量分数为0.1‑10％，表层掺杂的Ti的质量分数为0.1‑10％，除了Li₂TiO₃和表层中掺杂的Ti以外，其余为高镍材料，所述表面包覆Li₂TiO₃的厚度为0.01～5nm，所述表层是指从高镍材料表面到深度≤1微米之间的层；所述材料制备方法步骤如下：步骤1.将镍的可溶性无机盐和钴的可溶性无机盐用去离子水配制成混合盐溶液，氢氧化钠和氨水用去离子水配制成混合碱溶液；步骤2.在反应器加入去离子水，去离子水的量没过搅拌棒，开始搅拌并加热使温度稳定在45‑65℃，搅拌和温度都持续到反应结束得到混合物料，搅拌速率为500‑700r/min，滴入氨水调整pH为10‑12，将混合盐溶液和混合碱溶液导入反应器中，导入时控制pH稳定在10‑12，导入结束后继续搅拌12‑24h得到混合物料，过滤、洗涤、干燥后得到高镍前驱体；步骤3.将高镍前驱体加入乙醇溶液中分散均匀，得到溶液A；步骤4.将钛酸四丁酯置于无水乙醇中完全溶解，二者搅拌均匀后，得到溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中，常温下搅拌4～12h，于35～45℃下继续加热搅拌12～24h，得到产物，用无水乙醇清洗产物，离心去除上清液后干燥得到二氧化钛包覆的高镍前驱体；步骤5.将二氧化钛包覆的高镍前驱体与LiOH·H₂O混合均匀，在通氧气气氛下于450‑600℃下恒温预煅烧6～12h，再于750‑900℃下恒温煅烧12～36h，预煅烧和煅烧阶段的升温梯度均为1～3℃/min，制得一种表面包覆Li₂TiO₃和表层掺杂Ti的高镍材料；所述的，步骤1中镍的可溶性无机盐、钴的可溶性无机盐按镍与钴的摩尔比为x：1‑x配制成镍、钴离子总浓度为1.0～4.0mol·L^‑1的混合盐溶液，其中x＝0.9；所述的，步骤1中的氢氧化钠与氨水按照摩尔比0.4～4配制成碱浓度0.1～0.6mol L^‑1的混合碱溶液；所述的，步骤3中的乙醇溶液为乙醇与去离子水按照体积比30:1～1:30混合均匀；所述的，步骤4中所用钛酸四丁酯的摩尔量为高镍前驱体的1～10％；所述的，步骤5中的二氧化钛包覆的高镍前驱体与LiOH·H₂O的用量关系为m(LiOH·H₂O)＝41.96g·mol^‑1×(n_Ni+Co+2n_Ti)×1.05，其中m(LiOH·H₂O)为LiOH·H₂O的质量，n_Ni+Co为镍离子和钴离子的总摩尔量，n_Ti为二氧化钛包覆的高镍前驱体中的钛的摩尔量。