[发明专利]一种铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料及其制备方法，该铝钛共掺杂的镍锰酸锂的化学式为：LiNi_0.5Mn_(1.5‑2x)Al_xTi_xO₄；其中，0.02≤x≤0.08。本发明通过在镍锰酸锂晶格中引入铝、钛这两种具有特定离子半径、化合价和物质的量之比的元素，使得制备获得的铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料在充放电过程中晶格破坏程度小，循环稳定性高，能够保持较大的比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

镍锰酸锂正极材料在高达4.7V左右的放电平台以及其在成本、环境、合成工艺、原料来源等方面具有其它材料所不拥有的一系列优势，所以，镍锰酸锂正极材料是一种具有美好前景的锂离子电池正极材料。

与富锂锰基类和NCA正极材料相比，镍锰酸锂正极材料的输出电压高、成本低、合成工艺简单；与磷酸钴锂和LiVPO₄F正极材料相比，镍锰酸锂正极材料对环境的污染远小于二者；与钴酸锂正极材料相比，镍锰酸锂正极材料的输出电压高、成本低、环境友好；与锰酸锂正极材料相比，镍锰酸锂正极材料在高温循环下的稳定性大大提高；与磷酸亚铁锂正极材料相比，镍锰酸锂正极材料制备工艺简单，生产的批次稳定性好，特别是在与钛酸锂负极相匹配时，磷酸亚铁锂-钛酸锂单体电池仅有1.9V输出电压，而镍锰酸锂-钛酸锂单体电池输出电压可高达3.2V，优势非常明显。

虽然，镍锰酸锂正极材料具有诸多优点，但是，在实际应用过程中，人们也遇到了一系列问题，目前最主要的问题在于材料的循环稳定性不能够满足锂离子电池的需要。所以，人们对镍锰酸锂的改性研究进行了深入研究。

申请公布号为CN104638259A的发明专利申请文献公开了一种改善镍锰酸锂锂离子正极材料循环性能的方法，该方法采用固相法进行镍锰酸锂的合成和表面修饰，其制备工艺包括以下步骤：(1)将镍源和锰源与锂源研磨混合均匀后，经过干燥、低温烧结后得到镍锰酸锂前驱体；(2)将制备好的镍锰酸锂前驱体与锂源、钒源以及分散剂混合均匀后，经过干燥、高温烧结后，得到表面经过钒酸锂修饰改性的镍锰酸锂正极材料。该改性的镍锰酸锂正极材料具有良好的循环性能。

申请公布号为CN104538604A的发明专利申请文献公开了一种镍锰酸锂正极材料的表面改性方法，该方法包括以下步骤：(1)将镍锰酸锂粉体浸没于活化溶液中10～60min，水洗至中性；(2)将上面得到的经活化处理的镍锰酸锂在恒温电热箱中加热，加热温度为300～350℃，保温时间为20～40min，得到表面有单质镍的镍锰酸锂基体；(3)将上述处理的表面有单质镍的镍锰酸锂基体倒入化学镀液中，并对其进行磁力搅拌或超声分散，20～60min，然后抽滤，洗涤，真空干燥，即得镍包覆的镍锰酸锂材料。该发明采用超声化学镀镍实现对镍锰酸锂材料的表面均匀包覆改性，包覆后的材料的循环性能得到大幅度提升。

但是，所进行的改性通常是在牺牲材料容量的前提下提升材料的循环稳定性，所以本发明旨在提供一种既能提升材料循环稳定性的同时又保持材料的比容量的掺杂方法。

发明内容

本发明提供了一种铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料及其制备方法，采用该方法制备获得的铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料不仅能够提升材料的循环稳定性，同时又能保持材料的比容量。

一种铝钛共掺杂的镍锰酸锂锂离子电池正极材料，所述铝钛共掺杂的镍锰酸锂的化学式为：LiNi_0.5Mn_(1.5-2x)Al_xTi_xO₄；其中，0.02≤x≤0.08。