[发明专利]一种动力电池用钛酸锂包覆正极材料及制备方法

说明书

本发明属于的技锂电池术领域，提供了一种动力电池用钛酸锂包覆正极材料及制备方法。该方法将正极材料前驱体与氧化石墨烯混合，然后加热形成氧化石墨烯水凝胶包覆的正极材料前驱体，之后加入钛酸丁酯并与锂源反应，在氧化石墨烯水凝胶网格中进行包覆，制得钛酸锂包覆的正极材料。与传统方法相比，本发明的制备的钛酸锂包覆正极材料，通过形成氧化石墨烯/钛酸锂复合材料均匀包覆在正极活性材料的表面，可以有效抑制钛酸锂与电解液接触发生的胀气，同时制备工艺简单，过程容易控制，具有大规模工业化生产的良好前景。

技术领域

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种动力电池用钛酸锂包覆正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3:1~4:1），因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。随着锂离子电池技术的不断突破，电池的正负极材料容量逐渐增加，有望在2020年前达到300Wh/kg的国家标准。

但各类锂离子电池正极材料存在不同的问题，其中较为突出的问题是正极材料与电解液反应导致循环容量下降。研究表明，对正极材料进行表面包覆改性是提高正极材料电化学性能的重要手段之一。其中，使用钛酸锂包覆正极材料，通过钛酸锂的优良循环性能控制正极材料表面SEI膜，从而减少正极锂的损失，在正极材料性能提升中的应用受到重关注。

目前国内外在锂电池正极材料包覆改性技术，尤其是钛酸锂包覆正极材料方面已取得了一定成效。其中 王文阁等人发明了一种改性镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法（中国发明专利申请号201610273917.8），此发明的正极材料的化学通式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂/Li₂TiO₃，其中，Li₂TiO₃为包覆层；该发明首先采用溶胶凝胶法合成了偏钛酸锂纳米材料，之后采用干法包覆法将其均匀包覆在镍钴锰三元材料上，使得镍钴锰三元材料具有良好的倍率性能及较高的循环性。另外，陈垒等人发明了一种包覆改性高电压镍锰酸锂材料的制备方法（中国发明专利申请号201710748928.1），将锂源、镍源、锰源与高分子分散剂加入到去离子水中，研磨后干燥烧结制备高电压镍锰酸锂材料，之后在材料表面原位合成钛酸锂，得到包覆改性的高电压镍锰酸锂材料。

可见，现有技术中的利用钛酸锂包覆改性锂电池正极材料的技术，工序较为复杂，需要对正极材料进行二次加工，同时无法解决表层包覆的钛酸锂层与电解液接触后引起的电池胀气的问题。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种动力电池用钛酸锂包覆正极材料及制备方法，在实现钛酸锂包覆正极活性材料的同时，可抑制胀气问题，同时工艺简单，易于推广。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种动力电池用钛酸锂包覆正极材料的制备方法，将正极材料前驱体与氧化石墨烯混合，然后加热形成氧化石墨烯水凝胶包覆的正极材料前驱体，之后加入钛酸丁酯并与锂源反应，在氧化石墨烯水凝胶网格中进行包覆，制得钛酸锂包覆的正极材料，制备的具体步骤如下：

（1）将正极活性物质原料的硫酸盐配制成混合溶液，然后加入质量浓度为10~15%氢氧化钠溶液，调节pH值为10~11，加热搅拌反应，制得正极活性物质前驱体溶液；