一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法；所述正极材料的化学通式为LiNi1‑x‑y‑zTixMnyMzO2，其中0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05，Ni组分的摩尔比为0.6‑0.9，M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种。本发明专利技术采用共沉积法，通过以下步骤：1)将TiO2或H2TiO3分散到反应底液中；或将钛的可溶性金属盐、钛的配位化合物在底液中水解；2)将可溶性金属盐的水溶液和氢氧化钠溶液、络合剂溶液并行加入到反应底液中，在加热和保护性气体条件下合成镍钛锰前驱体；3)称取前驱体和锂源混合，然后经预热处理，冷却，破碎，筛分得到镍钛锰锂离子电池材料。本发明专利技术的产品具有高比容量、低成本、加工和循环性能优异等优点。

A nickel titanium manganese based lithium ion battery cathode material and its preparation method

The present invention discloses a nickel titanium manganese based lithium ion battery cathode material and a preparation method thereof; the chemical formula of the cathode material for LiNi1 x y zTixMnyMzO2, of which 0.025 < x < 0.2 0 < y < 0.4 0 < Z < 0.05, the molar ratio of Ni component is 0.6 0.9 M, for one or several Co, Cr, Nd, Fe, Cu. The invention adopts the co deposition method, through the following steps: 1) TiO2 or H2TiO3 will be dispersed into the reaction solution; the soluble metal salt, titanium or titanium coordination compounds in hydrolysis solution; 2) the soluble metal salt aqueous solution and sodium hydroxide solution, complexing agent is added into the reaction solution of parallel bottom in solution, heating and protective gas under the condition of synthesis of nickel titanium manganese precursor; 3) the precursor and lithium source, and then by preheating, cooling, crushing, sieving to obtain the nickel titanium manganese lithium ion battery materials. The product of the invention has the advantages of high specific capacity, low cost, excellent processing and circulation performance and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池，具体是一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池(LIB)由于能量密度高，循环寿命长，环境友好等优点，已广泛应用于移动电子，电动汽车(EV)等各种设备的电源。特别是锂离子电池作为新能源汽车的核心部件之一，正受到越来越多的关注。而锂离子电池正极材料作为锂离子电池中的关键材料之一，占整个电池成本的比重较大，是影响锂离子电池成本的重要因素。目前市场上主流的三元材料如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2等都含有大量的钴。由于钴元素丰度低、资源较少，价格较高，成为影响锂离子电池成本的重要因素之一，大大影响了锂离子电池的大规模应用。降低锂离子电池的正极成本，选用元素丰度高，价格低，同时又能大大改善材料循环稳定性的元素，有利于锂离子电池更广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，公开一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法；为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种镍钛锰基锂离子电池正极材料，其特征在于：所述正极材料的化学通式为LiNi1-x-y-zTixMnyMzO2；其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9，M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种。一种镍钛锰基锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)共沉积反应制备镍钛锰前驱体1.1)在反应釜装置中，将去离子水作为反应底液，将TiO2或H2TiO3在反应底液中分散均匀，得到混合物A；所述去离子水与TiO2或H2TiO3的物质的量比范围为5︰1～10︰1；1.2)在水中加入Ni和Mn的可溶性金属盐，溶解后得到混合溶液B；所述可溶性金属盐包括硫酸盐、硝酸盐或氯化盐；所述Ni、Mn的物质的量之和与水的物质的量之比为1︰50～1︰100；1.3)将沉淀剂和络合剂混合，得到混合溶液C；所述沉淀剂为氢氧化钠溶液；所述氢氧化钠溶液的浓度范围为0.5～7.5mol/L；所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠中的一种或几种；所述沉淀剂和络合剂的摩尔比范围为1︰0.5～1︰2；所述混合溶液B中Ni和Mn的物质量之和与所述沉淀剂中氢氧化钠的物质的量的比例为1︰2；1.4)将步骤1.2)中得到的混合溶液B和步骤1.3)中得到的混合溶液C并滴到步骤1.1)得到的的混合物A中，在加热和保护气体的条件下，进行共沉积反应，得到前驱体产物；所述步骤1.1)中的Ti、步骤1.2)中的Ni和Mn的比例按照通式LiNi1-x-y-zTixMnyMzO2计算，其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9；所述加热温度范围为40～80℃；所述保护气体包括Ar或N2中的一种；所述反应时间为10～12h；所述反应过程中的pH范围为10.5～12.5；1.5)将步骤1.4)中得到的前驱体产物进行过滤、清洗后，得到镍钛锰前驱体；2)将步骤1.5)中得到的镍钛锰前驱体进行烘干、过筛后，与锂源和M按化学计量比充分搅拌混合，将得到的混合物装钵，在氧气气氛下高温烧结、破碎、过筛、通气干燥后得到镍钛锰基锂离子电池正极材料；所述M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种；所述高温烧结的时间范围为10～30小时；所述高温烧结的温度范围为600～1000℃。一种镍钛锰基锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)共沉积反应制备镍钛锰前驱体1.1)在反应釜装置中加入去离子水作为反应底液，将钛的可溶性盐在反应底液中分散均匀，得到混合物A；所述去离子水与Ti的物质的量的比例范围为5︰1～10︰1；所述钛的可溶性盐包括硫酸氧钛、三氯化钛或钛酸丁脂；1.2)在水中加入Ni和Mn的可溶性金属盐，溶解后得到混合溶液B；所述可溶性金属盐包括硫酸盐、硝酸盐或氯化盐；所述Ni、Mn的物质的量之和与水的物质的量之比为1︰50～1︰100；1.3)将沉淀剂和络合剂混合，得到混合溶液C；所述沉淀剂为氢氧化钠溶液；所述氢氧化钠溶液的浓度范围为0.5～7.5mol/L；所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠中的一种或几种；所述沉淀剂和络合剂的摩尔比范围为1︰0.5～1︰2；所述混合溶液B中Ni和Mn的物质量之和与所述沉淀剂中氢氧化钠的物质的量的比例为1︰2；1.4)将步骤1.2)中得到的混合溶液B和步骤1.3)中得到的混合溶液C并滴到步骤1.1)得到的的混合物A中，在加热和保护气体的条件下，进行共沉积反应，得到前驱体产物；所述步骤1.1)中的Ti、步骤1.2)中的Ni和Mn的比例按照通式LiNi1-x-y-zTixMnyMzO2计算，其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9；所述加热温度范围为40～80℃；所述保护气体包括Ar或N2中的一种；所述反应时间为10～12h；所述反应过程中的pH范围为10.5～12.5；1.5)将步骤1.4)中得到的前驱体产物进行过滤、清洗后，得到镍钛锰前驱体；2)将步骤1.5)中得到的镍钛锰前驱体进行烘干、过筛后，与锂源和M按化学计量比充分搅拌混合，将得到的混合物装钵，在氧气气氛下高温烧结、破碎、过筛、通气干燥后得到镍钛锰基锂离子电池正极材料；所述M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种；所述高温烧结的时间范围为10～30小时；所述高温烧结的温度范围为600～1000℃。进一步，所述步骤1.1)中的TiO2为锐钛矿型或金红石型中的一种或者两种。进一步，所述步骤2)中烘干过程中，温度范围为70～100℃，时间范围为5～10h。进一步，所述步骤2)中的锂源包括氢氧化锂、碳酸锂或氧化锂中的一种或几种。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术具有以下优点：针对现有技术中存在的问题，本专利技术采用钛元素代替钴元素用以改善材料的循环稳定性，以锰元素改善材料的安全性，制备出了镍钛锰基锂离子电池材料。该材料具有较高的放电比容量，较好的循环稳定性和较低的成本，加工和循环性能优异等优点。附图说明图1为实施例1制备的镍钛锰基离子电池正极材料在2.5-4.3V范围内，0.5C倍率下循环次数和放电比容量图；图2为实施例1制备的镍钛锰基离子电池正极材料在2.5-4.3V范围内0.5C倍率下单周充放电曲线图；图3为实施例1制备的镍钛锰基离子电池正极材料的XRD图；图4为实施例1制备的镍钛锰基离子电池正极材料的粒径分布图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：一种镍钛锰基锂离子电池正极材料的制备方法，具体是LiNi0.8Ti0.1Mn0.1O2，其特征在于，包括以下步骤：1)共沉积反应制备镍钛锰前驱体1.1)在反应釜装置中加入100mL去离子水作为反应底液，将0.7983克TiO2在反应底液中分散均匀，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍钛锰基锂离子电池正极材料，其特征在于：所述正极材料的化学通式为LiNi1‑x‑y‑zTixMnyMzO2；其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9，M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种。

【技术特征摘要】
1.一种镍钛锰基锂离子电池正极材料，其特征在于：所述正极材料的化学通式为LiNi1-x-y-zTixMnyMzO2；其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9，M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种。2.一种镍钛锰基锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)共沉积反应制备镍钛锰前驱体1.1)在反应釜装置中，将去离子水作为反应底液，将TiO2或H2TiO3在反应底液中分散均匀，得到混合物A；所述去离子水与TiO2或H2TiO3的物质的量比范围为5︰1～10︰1；1.2)在水中加入Ni和Mn的可溶性金属盐，溶解后得到混合溶液B；所述可溶性金属盐包括硫酸盐、硝酸盐或氯化盐；所述Ni、Mn的物质的量之和与水的物质的量之比为1︰50～1︰100；1.3)将沉淀剂和络合剂混合，得到混合溶液C；所述沉淀剂为氢氧化钠溶液；所述氢氧化钠溶液的浓度范围为0.5～7.5mol/L；所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠中的一种或几种；所述沉淀剂和络合剂的摩尔比范围为1︰0.5～1︰2；所述混合溶液B中Ni和Mn的物质量之和与所述沉淀剂中氢氧化钠的物质的量的比例为1︰2；1.4)将步骤1.2)中得到的混合溶液B和步骤1.3)中得到的混合溶液C并滴到步骤1.1)得到的的混合物A中，在加热和保护气体的条件下，进行共沉积反应，得到前驱体产物；所述步骤1.1)中的Ti、步骤1.2)中的Ni和Mn的比例按照通式LiNi1-x-y-zTixMnyMzO2计算，其中：0.025≦x﹤0.2，0≦y﹤0.4，0≦z﹤0.05；Ni组分的摩尔比为0.6～0.9；所述加热温度范围为40～80℃；所述保护气体包括Ar或N2中的一种；所述反应时间为10～12h；所述反应过程中的pH范围为10.5～12.5；1.5)将步骤1.4)中得到的前驱体产物进行过滤、清洗后，得到镍钛锰前驱体；2)将步骤1.5)中得到的镍钛锰前驱体进行烘干、过筛后，与锂源和M按化学计量比充分搅拌混合，将得到的混合物装钵，在氧气气氛下高温烧结、破碎、过筛、通气干燥后得到镍钛锰基锂离子电池正极材料；所述M为Co、Cr、Nd、Fe、Cu中的一种或者几种；所述高温烧结的时间范围为10～30小时；所述高温烧结的温度范围为600～1000℃。3.一种镍钛锰基锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)共沉积反应制备镍钛锰前驱体1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟，赵宇翔，张小洪，赵朔，李龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50