[发明专利]一种含镍钛锰的材料及其优化合成

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种固溶体锂离子电池用正极材料及其优化合成。

背景技术

自1990年代初日本SONY公司成功将锂离子电池实现商业化后，锂离子电池在电子产品领域得到了广泛的应用。不同于传统蓄电池，锂离子电池的材料体系非常丰富，如正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、三元材料(LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂)、以及磷酸铁锂(LiFePO₄)等，负极材料有石墨、硬碳、钛酸锂(LiTi₅O₁₂)等，相关材料组合形成了丰富的锂离子电池系列产品。与其他传统蓄电池相比，它的比能量高、大电流放电能力强、循环寿命长，且储能效率可以达到90％以上，这些特性决定了其在新能源汽车、电能质量调节及小型分布式电站方面将具有良好的应用前景。但是锂离子电池正极材料是制约锂离子电池发展的瓶颈，其决定着锂离子电池的性能，价格及其发展。目前被广泛研究的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂等各有优点。固溶体材料锂离子正极材料是目前的研究热点。但是一般的固溶体材料热稳定性差，用于大型锂离子电池安全问题成为隐患，无法正常使用于大型的动力电池中，这严重制约了固溶体材料的应用范围，而基于镍钛系的正极材料因其热稳定性好而成为很有前景的动力电池正极材料，但是此类材料容量较低，循环性能差。

发明内容

为了解决上述问题，我们采用了溶胶凝胶法优化合成了0.4NiO·0.6Li₂Ti_0.5Mn_0.5O₃。采用柠檬酸为络合剂。柠檬酸是三元弱酸，它有三个羧基和一个羟基，在溶胶的形成过程中同时存在柠檬酸的电离平衡以及它与金属离子的配位平衡，不同的pH值会影响柠檬酸的电离程度，形成不同的配合物。因此必须控制一定的pH值才能得到稳定的金属离子柠檬酸络合物。本实验选择三个不同的pH范围(2～3、5～6、7～8)来合成的0.4NiO·0.6Li₂Ti_0.5Mn_0.5O₃样品。

为了解决上述技术问题，本发明涉及到的技术方案如下：

本发明一种用于锂离子电池正极材料的岩盐结构的固溶体材料，具有以下分子式组成：0.4NiO·0.6Li₂Ti_0.5Mn_0.5O₃。

本发明一种用于锂离子电池正极材料的岩盐结构固溶体材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将镍盐，锰盐和锂盐的可溶性盐溶于去离子水中，按金属离子总量与络合剂的摩尔比为1∶1加入络合剂，再逐滴加入钛盐，使Li/(Ni+Mn+Ti)＝1.2/(0.4：0.3：0.3)，搅拌使其充分混匀后，将其放入70℃的水浴锅中，再加入络合剂，调节溶液的pH值，缓慢搅拌蒸干水分，形成干凝胶；将干凝胶在空气中陈化24h，随后放在烘箱中120℃下干燥15h，取出后研磨成粉末成为该材料前驱体。

(2)将制得的前驱体先于450℃预烧5h，冷却后研磨，再在不同的温度下焙烧，待材料冷却后经研磨得到固溶体材料0.4NiO·0.6Li₂Ti_0.5Mn_0.5O₃

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备的固溶体材料结构为无序的岩盐结构，这种结构设计使固溶体材料的热稳定性有了极大的提高。并且由于该材料造成本低廉，制造工艺可重复性高，批次稳定性好，可以满足市场上对固溶体材料安全性的需求。

附图说明

图1实施例1的XRD图

图2实施例1的首次充放电曲线

图3实施例1的放电循环曲线

图4实施例1的首次充电后的DSC曲线

具体实施方式

以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例1：