一种Na-Ti共掺改性的高镍三元正极材料及其制备方法

本发明涉及一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池。

背景技术：

1、造成三元正极材料nca循环性能及倍率性能差的主要原因是正极表面层状结构向无序岩盐结构转变和正极颗粒出现破碎。li+的可逆脱嵌性使nca晶体结构发生收缩与膨胀，产生局部应力，由于材料中各个颗粒存在各向异性，在充放电循环过程中，局部应力累积导致颗粒产生破裂，电解液渗透到材料中，过渡金属发生溶解，造成材料部分容量损失及不可逆衰变，循环性能下降。由于ni2+(0.069nm)和li+(0.076nm)离子半径相近，易造成li+/ni2+混排，且nca正极材料进行充放电循环时存在能量起伏变化，相近过渡金属离子很容易克服迁移势垒，穿越氧层进入锂层并占据锂的位置，降低了li+迁移速率，进而造成材料层状结构发生相变和放电比容量的衰减，li+迁移速率减慢，严重影响材料倍率性能。

2、为解决上述问题，近年来，研究者主要通过mg2+、zr4+、f-、nb5+、ga3+、ta5+等离子来对镍钴铝正极材料进行掺杂改性，达到稳定材料内部结构，提高循环性能与倍率性能的目的。但上述离子的掺杂由于自身惰性，虽对材料内部结构稳定有所提高，但容易造成正极材料首次放电比容的损失。在众多离子掺杂中，na+(0.102nm)的半径大于li+(0.076nm)，通过取代锂位，扩展了锂层间距，未造成原材料首次放电比容量缺失的同时提高了材料的循环稳定性，但对材料倍率性能的改善效果不是很明显，因此亟需一种能够在保证原材料首次放电比容量和材料的循环稳定性前提下，提高材料倍率性能的掺杂方式。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够在保证原材料首次放电比容量和材料的循环稳定性前提下，提高材料倍率性能的na-ti共掺改性的高镍三元正极材料及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s01，按照一定摩尔比称取前驱体ni0.815co0.15al0.035(oh)2、lioh·h2o、naoh和tio2；

5、s02，将称取好的前驱体ni0.815co0.15al0.035(oh)2、lioh·h2o、naoh和tio2置于球磨罐中进行球磨；

6、s03，将球磨好的反应物进行预煅烧后，再在o2氛围中进行通氧煅烧。

7、s01中，前驱体ni0.815co0.15al0.035(oh)2、lioh·h2o、naoh和tio2的摩尔比为：1:1.045:0.005:0.005。

8、s02中，球磨转速为400r/min，球磨时间为2h。

9、s03中，预煅烧温度为500℃，预煅烧时间为5h。

10、s03中，通氧煅烧温度为750℃，通氧煅烧时间为21h。

11、一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料，由上述的锂离子电池三元正极材料的制备方法制备得到。

12、本发明的有益效果：本发明提供一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料及其制备方法，离子半径较大的na+作为柱离子取代锂位，稳定了材料的晶体结构，提高了材料的放电比容量与循环性能，但倍率性能的不足由ti4+掺杂来改进，通过取代镍位，较大的化合价差引入了更多的离子空位，这有利于锂离子和电子迁移，从而提高了材料的倍率性能，而因自身电化学惰性造成首次放电比容量损失的这一缺陷由na+掺杂来弥补，因此能够在保证原材料首次放电比容量和材料的循环稳定性前提下，提高材料倍率性能。

技术特征：

1.一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：s01中，前驱体ni0.815co0.15al0.035(oh)2、lioh·h2o、naoh和tio2的摩尔比为：1:1.045:0.005:0.005。

3.根据权利要求1所述的一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：s02中，球磨转速为400r/min，球磨时间为2h。

4.根据权利要求1所述的一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：s03中，预煅烧温度为500℃，预煅烧时间为5h。

5.根据权利要求1所述的一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：s03中，通氧煅烧温度为750℃，通氧煅烧时间为21h。

6.一种na-ti共掺改性的高镍三元正极材料，其特征在于：由权利要求1到5任一所述的锂离子电池三元正极材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种Na‑Ti共掺改性的高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S01，按照一定摩尔比称取前驱体Ni<subgt;0.815</subgt;Co<subgt;0.15</subgt;Al<subgt;0.035</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;、LiOH·H<subgt;2</subgt;O、NaOH和TiO<subgt;2</subgt;；S02，将称取好的取前驱体Ni<subgt;0.815</subgt;Co<subgt;0.15</subgt;Al<subgt;0.035</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;、LiOH·H<subgt;2</subgt;O、NaOH和TiO<subgt;2</subgt;置于球磨罐中进行球磨；S03，将球磨好的反应物进行预煅烧后，再在O<subgt;2</subgt;氛围中进行通氧煅烧。本发明还提供一种Na‑Ti共掺改性的高镍三元正极材料，由上述制备方法制备得到。本发明提供的一种Na‑Ti共掺改性的高镍三元正极材料及其制备方法，能够在保证原材料首次放电比容量和材料的循环稳定性前提下，提高材料倍率性能。

技术研发人员：王甲泰,侯顺丽,李园园,魏诗诗,周庚,闫晓岑
受保护的技术使用者：青海师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12