CN104993127A - 一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，具体过程为：将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂搅拌得到溶液A，并与沉淀剂同时加入容器中进行共沉淀，沉淀物经过纯化、干燥，再与锂源化合物混合，球磨，并经过热定性、亚高温处理制得钴铝锂正极材料；将钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，高温下反应，反应结束后加入过量乙醇，得到的沉淀经过多次洗涤，真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子电池正极材料。该材料电化学性能稳定，循环性能好，安全性高，使用寿命长。
Description
技术领域：
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的涉及一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法。
背景技术：
锂离子电池从诞生到现在经历了不足20年的时间，其应用领域已经从最初的移动通讯迅速扩展到包括各种便携式电子产品在内的涉及到人们生活娱乐、军事、航空航天、医疗、通讯的各个方面，并正在向大中型储能设备和动力电源等方面发展。锂离子电池在商业上所取得的巨大成功和对上述领域发展的促进是任何一种二次电池所无法比拟的。锂离子电池的迅猛发展得益于锂离子电池诞生的时代对高性能移动电源的迫切需求；另一方面，锂离子电池所处的时代特点又对锂离子电池性能的提高不断提出新的要求甚至挑战。
正极材料是目前锂离子电池中锂离子的唯一或主要提供者。对正极材料的一般要求是：(1)单位质量的材料能可逆脱嵌尽量多的锂离子；(2)易于合成，成本低；(3)导电性能好，电子电导率和离子电导率都要高；(4)热稳定性好和电解液有良好的兼容性。为了能够更多的利用锂离子，人们采用掺杂、包覆等办法对正极材料进行改性，以便进一步改善电化学性能。表面包覆是一种改善锂离子正极材料电化学性能的有效方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法。该方法制备的材料包覆均匀，电化学性能稳定，循环性能优异，安全性高，使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，超声处理，得到溶液A，再与沉淀剂分别以0.5-5升/小时、0.01-3升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝氧化物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝氧化物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，球磨，然后经过热定性、亚高温处理制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，150-180℃下反应10-20h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，60-80℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子电池正极材料。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或者多种混合，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝中的一种或者二种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，钴离子、铝离子的总浓度为30-100g/l，并且其总重量与稳定剂的重量比为1000：2-15。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述超声处理的条件为超声功率为500W，超声时间为1-3h。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述球磨的条件为：球磨转速：580rpm，球磨时间为5-10h。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述热定性的条件为50-130℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性1-5小时。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述亚高温处理的条件为500-800℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理10-25小时。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺的质量比为:5:1:10:10:50:1。
作为上述技术方案的优选，所述反应的时间为10h，所述反应的温度为180℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用柠檬酸或草酸作为缓控剂，其无含氨基团，这样避免了后续生产过程中氨氮的生成和排放，有利于环境保护；且缓控剂的加入以及控制沉淀剂的加入速度，控制了沉淀的速度，防止了沉淀颗粒的松散状态，提高了产品的松装密度和振实密度；
氧化钛包覆钴铝锂正极材料制备过程中，采用无水乙醇与柠檬酸在高温下酯化反应生成的水促进TiCl4的水解，水解速度慢，氧化钛的粒径易于控制，且柠檬酸还作为分散剂包裹在氧化钛表面，使其不易团聚；氧化钛包覆均匀，且该正极材料电化学性能稳定，安全性高，循环性能优异。
具体实施方式：
为更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会多本发明构成任何的限定。
实施例1
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声1h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以0.5升/小时、0.01升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨5h，然后在50℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性1小时，然后在500℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理10小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，150℃下反应10h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，60℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
实施例2
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声1-3h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以5升/小时、3升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨10h，然后在130℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性5小时，然后在800℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理25小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，180℃下反应20h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，80℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
实施例3
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声1.3h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以1升/小时、0.05升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨6h，然后在70℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性2小时，然后在550℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理13小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，160℃下反应12h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，65℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
实施例4
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声1.6h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以2升/小时、1升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨7h，然后在90℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性3小时，然后在600℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理15小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，170℃下反应14h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，70℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
实施例5
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声2h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以3升/小时、1.5升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨8h，然后在110℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性3小时，然后在750℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理17小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，180℃下反应16h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，80℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
实施例6
一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，在500W功率下，超声2.5h，得到溶液A，再与沉淀剂分别以4升/小时、2升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝化合物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝化合物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，在580rpm的转速下球磨9h，然后在130℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性4.5小时，然后在800℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理20小时，制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，180℃下反应18h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，80℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子正极材料。
Claims (9)
1.一种氧化钛包覆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)将钴盐、铝盐溶解于水，加入缓控剂，超声处理，得到溶液A，再与沉淀剂分别以0.5-5升/小时、0.01-3升/小时的速度同时加入反应容器中反应，得到沉淀物，将沉淀物经过纯化、干燥，得到钴铝氧化物；
(2)将步骤(1)得到的钴铝氧化物与LiOH混合，放入行星式球磨机中，球磨，然后经过热定性、亚高温处理制得钴铝锂正极材料；
(3)将步骤(2)得到的钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺混合搅拌均匀，转移至水热釜，150-180℃下反应10-20h，反应结束后，自然冷却至室温，并加入过量乙醇，得到的沉淀用去离子水洗涤多次，60-80℃下真空干燥，得到氧化钛包覆锂离子电池正极材料。
2.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或者多种混合，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝中的一种或者二种混合。
3.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，钴离子、铝离子的总浓度为30-100g/l，并且其总重量与稳定剂的重量比为1000：2-15。
4.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超声处理的条件为超声功率为500W，超声时间为1-3h。
5.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述球磨的条件为：球磨转速：580rpm，球磨时间为5-10h。
6.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述热定性的条件为50-130℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，热定性1-5小时。
7.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述亚高温处理的条件为500-800℃，压力0-0.1Mpa，氧气体积百分含量14-20％的空气气氛条件下，亚高温处理10-25小时。
8.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述钴铝锂正极材料和TiCl4、无水乙醇、柠檬酸、环己烷、三乙胺的质量比为:5:1:10:10:50:1。
9.如权利要求1所述的一种氧化钛包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述反应的时间为10h，所述反应的温度为180℃。
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