[发明专利]一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，具体是一种镍钛锰基锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

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LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂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。

发明内容

本发明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；

为实现本发明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LiNi_1-x-y-zTi_xMn_yM_zO₂；

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LiNi_1-x-y-zTi_xMn_yM_zO₂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；