[发明专利]一种制备锂离子电池材料LiNi0.5Mn1.5-xTixO4的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及锂离子电池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的制备方法。

背景技术：

锂离子电池已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备中，即将在电动汽车、卫星及航天等地面与空间军事等领域得到应用。

目前锂离子电池存在的一个主要问题是功率仍然较小。现在锂离子电池使用的正极材料主要有三种，即LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，它们的工作电压都在4.0V以下。尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄材料的工作电压可以达到4.7V，可以制备高电压锂离子电池，提高电池的功率。掺杂的Ti元素将取代LiNi_0.5Mn_1.5O₄中Mn原子所占据的部分位置，不改变其晶体结构类型，但是可以使晶格常数增大；而且，添加的Ti元素与氧原子形成键能更强的Ti-O化学键，可以提高材料的结构稳定性，这些都可使其更有利于锂离子的迁移，具有良好的充放电循环性能。正极材料的放电电压提高，会提高电池的输出功率，电池的应用领域将得到拓宽，比如，如果用在电动车上，那么所需要的串联和并联电池的数量比用普通的电池减少，为电池的维护和使用带来很大的方便，会提高安全性能，降低成本。

目前，合成材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法主要包括固相反应法(J.H.Kim，S.T.Myung，C.S.Yoon，I.H.Oh and Y.K.Sun，J.Electrochem.Soc.151(2004)A1911)和前躯体法(R.Alca′ntara，M.Jaraba，P.Lavela，J.L.Tirado，Chem.Mater.15(2003)2376)，但是用这些方法合成的材料在高电流倍率情况下的放电容量低(1C倍率时低于100mAh/g)，而且这些反应过程较复杂，制备材料的成本相应较高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种制备具有高倍率性能的高电压锂离子电池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法。

本发明所提供的制备锂离子电池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的方法，包括如下步骤：1)按化学计量比将Li、Mn和Ni的乙酸盐或硝酸盐溶于去离子水，锂盐过量2％，将Ti(OCH₃)₄溶解于乙醇，将它们混合，搅拌，得到混合溶液；2)将所得溶液在70-90℃下蒸发，得到固体混合物；3)将所得到的固体混合物在800-950℃并通空气条件下反应，时间为8-24小时，得到锂离子电池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄。

在进行化学反应时，Mn和Ti的摩尔比不同，将会得到Ti含量不同的产物。将步骤1)所述Mn和Ti的摩尔比控制在1.35∶0.15-1.15∶0.35内，所得到的锂离子电池材料LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄具有较好的电化学性能，其中，Mn∶Ti的摩尔比优选为1.25∶0.25，此时所得锂离子电池材料为LiNi_0.5Mn_1.25Ti_0.25O₄，该材料的电化学性能最好。

步骤2)所述蒸发溶液温度一般可控制在70-90℃左右。

步骤3)所述反应温度优选为880-920℃；反应时间为8-24小时，优选为10-15小时。

合成LiNi_0.5Mn_1.5-xTi_xO₄的反应过程如下：