[发明专利]一种含镍钛的固溶体材料及其制备方法

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制备方法。

背景技术

锂离子电池是继铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池之后新一代二次电池。在全球面临石油资源的持续紧缺和环境不断恶化的今天，锂离子电池由于具有容量高、循环寿命长，自放电小，无记忆效应，无环境污染和安全性能好等优点，已经成为高新技术发展的重点之一，被认为是高容量、大功率电池的理想之选，是21世纪的环保电源。可充电锂离子电池自1990年开始商业化以来，其应用范围被不断拓展，从移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备领域到电动汽车以及未来的航空航天、人造卫星等诸多领域都将得到广泛应用。目前，人们已经开始致力于研究新型的可充电锂离子电池，可供混合动力电动汽车、可充电混合动力车和纯电动车辆等交通工具使用，从而减少对石油的依赖和缓解空气污染。要满足这种应用，锂离子电池须具备高的功率密度、高的能量密度和好的循环性能。从根本上讲，正极材料作为锂离子电池的最重要组成部分，是锂离子储能器件发展的关键。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在高温下性能衰减很快，无法正常使用于应用于高温环境的电池中，这严重制约了固溶体材料的应用范围。

发明内容

为了解决固溶体材料的高温循环问题，我们发明了一种新型固溶体材料xNiO-(1-x)Li₂TiO₃其中，0.2≤x≤0.7，该材料在高温下展示出了几乎等于理论容量的电化学性能和极佳的循环稳定性。我们认为这种固溶体材料具有：(1)材料有一个稳定的电化学惰性Li₂TiO₃类似的框架结构；(2)新的电化学反应机制(首次充电时O^2-被氧化，材料同时排出Li⁺和O₂，形成很多氧缺陷结构，从而有利于锂离子在材料中的扩散)；(3)材料形成了纳米尺寸颗粒。这些原因的共同作用，提高了固溶体材料的高温性能，增加了该种材料商业化的可能。同时本发明指出了一个设计新型电极材料的方向：可以采用一个与Li₂TiO₃类似的框架结构去提高材料的电化学性能。

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：xNiO-(1-x)Li₂TiO₃其中，0.2≤x≤0.7。

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、钛盐和锂盐按摩尔比为x∶(1-x)∶2(1-x)其中，0.2≤x≤0.7的可溶性盐溶于去离子水中，然后加入络合剂，使加入金属离子总量与络合剂的摩尔比为1∶1，搅拌使其充分混匀后将其放入60℃的水浴锅中，缓慢搅拌蒸干水分，形成干凝胶，将干凝胶在烘箱中120℃下干燥12h，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400℃预烧4h，冷却后研磨，再在800℃下煅烧12h，待材料冷却后经研磨、过筛得到固溶体材料xNiO-(1-x)Li₂TiO₃其中，0.2≤x≤0.7。

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高温应用的需求。

附图说明

图1实施例1的XRD图

图2实施例1的常温首次充放电曲线

图3实施例1的50℃首次充放电曲线

图4实施例1的50℃放电循环曲线

图5实施例1的50℃倍率放电曲线

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：