[发明专利]一种前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的制备方法，包括如下步骤：（1）制备表面修饰氨基石墨烯；（2）制备钛掺杂钴酸锂前驱体晶种；（3）制备表面修饰单层膜钛掺杂钴酸锂前驱体晶种；（4）制备掺杂钴酸锂前驱体；（5）制备高电压钴酸锂；（6）制备表面修饰自组装金属‑有机框架化合物单层膜包覆高电压钴酸锂；（7）制备氧化物包覆高电压钴酸锂；（8）制备氮化钛和氧化物包覆高电压钴酸锂。本发明所述的前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的具有高容量和循环性能好的特点，适合产业化应用。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池领域，尤其是涉及一种前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的制备方法及应用。

背景技术

金属钛元素在锂离子层状结构中掺杂一直采用固相烧结的方法，四价钛离子在水溶液中极易水解，通过采用前驱体水溶液相掺杂方法很难制备得到均匀掺杂钛元素前驱体，在锂离子二次电池中还没有相应产业化；4.5V以上高电压钴酸锂具有高容量、高电压和高压实特点，在3C类产品有具有良好应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的制备方法及应用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种前驱体钛掺杂高电压钴酸锂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备表面修饰氨基石墨烯：

将石墨烯和氨基化合物水溶液混合，调节溶液的pH值和温度，反应完成后得到表面修饰氨基石墨烯；

(2)制备钛掺杂钴酸锂前驱体晶种：

将钛源溶解在离子液体中，得到溶液Ti-IL，将钴盐溶解在溶剂中，得到溶液Co-M，将溶液Ti-IL与溶液Co-M混合均匀得到溶液Ti-Co-IL-M，保持溶液pH和温度恒定，将所述的表面修饰氨基石墨烯置于含有络合剂的碱性水溶液中搅拌均匀得到石墨烯碱性悬浊液，在搅拌条件下将溶液Ti-Co-IL-M加入石墨烯碱性悬浊液中搅拌均匀，反应后过滤、洗净，得到钛掺杂钴酸锂前驱体晶种；

(3)制备表面修饰单层膜钛掺杂钴酸锂前驱体晶种：

将所述的钛掺杂钴酸锂前驱体晶种置于表面活性剂溶液中搅拌、过滤、洗净后得到表面修饰单层膜钛掺杂钴酸锂前驱体晶种；

(4)制备掺杂钴酸锂前驱体：

将所述的表面修饰单层膜钛掺杂钴酸锂前驱体晶种置于碱性水溶液的反应釜中搅拌均匀，并加通入钴离子溶液、掺杂金属离子溶液和碱性水溶液，保持溶液的pH值和温度恒定，反应后过滤、洗净后得到掺杂钴酸锂前驱体；

(5)制备高电压钴酸锂；

将所述的掺杂钴酸锂前驱体和锂化合物混合，在空气中烧结后得到产物高电压钴酸锂；

(6)制备表面修饰自组装金属-有机框架化合物单层膜包覆高电压钴酸锂；

将所述的高电压钴酸锂和有机溶剂混合搅拌，在混合溶液中加入含金属钛的金属-有机框架化合物，恒温搅拌均匀，反应后将溶液过滤、真空烘干、过筛，得到表面修饰自组装金属-有机框架化合物单层膜包覆高电压钴酸锂；

(7)制备氧化物包覆高电压钴酸锂：

将所述的表面修饰自组装金属-有机框架化合物单层膜包覆高电压钴酸锂溶于水溶液中，调节溶液的pH值和温度，反应后将溶液过滤、烘干、过筛，制备得到产物氧化物包覆高电压钴酸锂；

(8)制备氮化钛和氧化物包覆高电压钴酸锂：

将所述的氧化物包覆高电压钴酸锂和氮源混合均匀，在保护气氛下煅烧后得到氮化钛和氧化物包覆高电压钴酸锂。