[发明专利]一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钛酸镧锂‑钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：S1：将有机钛源和镧源溶于有机溶剂，搅拌得混合溶液；S2：向混合溶液中加入镍钴铝酸锂和表面活性剂，于60~80℃搅拌得悬浮液；S3：在搅拌条件下逐滴加入水，继续搅拌至有机溶剂挥发完全，烘干得包覆材料；S4：将包覆材料于450~650℃条件下煅烧5~10 h即得到钛酸镧锂‑钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料。本发明提供的制备方法操作简单、易于工业化，适于在本领域内推广使用；制备得到的钛酸锂‑钛酸镧锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料具有优异的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于对自然资源的大量开采，使得储量有限的石油、天然气和煤等不可再生能源逐渐趋于枯竭；另一方面，汽车尾气和工厂污染物的大量排放也使得人们的生活环境发生了巨大的变化。迫于这两方面的压力，人们逐渐把目光转向了更为清洁高效的可再生能源，如：太阳能、风能和潮汐能等。而锂离子电池作为一种储能介质，能够有效地将这些能源储存起来。因此，开发出一种综合性能优异的储能设备成为了解决问题的关键。在锂离子电池中，出于成本和技术考虑，正极材料一直被视为其核心部分。而高镍三元材料(LiNi_1-xMO₂；M＝Co,Mn,Al；x≤0.4)因为其较高的比容量和可接受的成本，已经被广泛关注并研究。以镍钴铝酸锂(LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂；x+y≤0.2，0x1，0y1)正极材料为例，其比容量可达185mAh/g,但是其不稳定的表面化学性质和内在的结构不稳定性为它们的工业化应用提出了巨大的挑战。在材料的表面往往存在一定的残锂量，通常以氢氧化锂、碳酸锂和氧化锂等形式存在，进而造成材料的高碱度和高吸水性，这不仅给材料后续的涂覆工艺造成困难，而且对电解液的耐碱性也提出了更高的要求。此外，在充电状态下，颗粒表面上活性较高的Ni⁴⁺极易与电解液发生副反应而增加电池的阻抗和可逆容量的损失。因此在重复的充放电过程，这种恶化现象会进一步从表面扩散至内部，进而恶化整个电池的电化学性能。因此，具有稳定的颗粒表面对于三元高镍材料具有十分重要的意义。

为此，人们采用了包覆、掺杂和复杂的结构设计等策略以提升材料的倍率性能和循环性能，但其改善效果都不甚理想。

因此，如何提升镍钴铝酸锂正极材料的电化学性能、容量及循环稳定性，是目前锂离子电池研究领域的研究重点和技术难点，这项技术的突破将有助于锂离子电池整体性能的进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中镍钴铝酸锂正极材料表面化学性质和内在的结构不稳定的缺陷和不足，提供一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法。本发明提供的制备方法利用二次颗粒表面的残锂，加入钛和镧，经过高温烧结形成均匀的钛酸镧锂-钛酸锂包覆层，显著减少了材料的表面的残锂量和碱度并有效抑制活性物质与电解液之间副反应的发生，起到稳定材料表面化学性质的作用；另外，钛酸镧锂-钛酸锂的包覆层可以同时提升材料在界面处的导离子性和导电性，最终提升材料的在界面处的动力学性能和电化学性能；制备得到的钛酸锂-钛酸镧锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料具有优异的电化学性能和循环稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将有机钛源和镧源溶于有机溶剂，搅拌得混合溶液，所述镧源中的镧元素和钛源中的钛元素的摩尔比为0.5～2:1；钛源和镧源在有机溶剂中混合均匀，形成均质溶液，方便后续处理。