本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池相比于其他传统的镍镉电池、镍氢电池和铅酸电池等具有以下优点：比能量高、功率密度大、循环寿命长、对环境没有污染等优点，是目前便携式电子产品的可充电电池主要选择对象。但是因为正极材料的比容量较低，且又需要额外负担负极的不可逆容量损失，因此提高正极材料的能量密度与安全性一直是锂离子电池研究的关键所在。层状镍钴铝钛四元材料具有高比能量、成本较低、循环性能稳定等优点，可有效弥补钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂各自的不足，因此四元材料的开发成为正极材料领域的研究热点。
碳纳米管是1991年由日本nec公司专家发现的，它是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管，其直径在及纳米和几十纳米之间、长度在几十纳米到1纳米之间，是特殊的中空管结构。但是，碳纳米管也有一些缺点，比如不可逆容量高、电压滞后和放电平台不明显等。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂电池正极材料及其制备方法，本发明的锂电池正极材料可以使电池具有高的充放电容量和充放电电流。
本发明提出了一种锂电池正极材料，所述正极材料为碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料。
优选地，所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，0.7≤x<1，0.05≤y≤0.1，0.05≤z≤0.1。
优选地，所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴铝钛四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将一定量的硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成镍钴铝钛混合溶液，接着将镍钴铝钛混合溶液、酒石酸钠溶液、碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体与碳酸锂混合，并在氧气气氛下煅烧，即可得到镍钴钛铝四元材料。
优选地，所述镍钴铝钛混合溶液的浓度为0.1-1mol/l。
优选地，所述酒石酸钠溶液的浓度为0.01-0.1mol/l。
优选地，所述碳酸钠溶液的浓度为0.5-1.5mol/l。
优选地，所述搅拌的速度为600-1000r/min，搅拌时间为2-5h。
优选地，所述混合反应的温度为30-50℃。
优选地，混合反应时，控制反应器中反应物溶液的ph为7-8。
优选地，所述球形碳酸盐前驱体与碳酸锂的摩尔比为1：0.5。
优选地，所述煅烧的温度为600-1000℃，煅烧时间为16-24h。
本发明还提出了一种所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂、镍钴铝钛四元材料混合球磨，得到混合物a；将混合物a置于反应器中，通入气体碳源和载体气体的混合气体，升高反应温度使混合气体与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
优选地，金属催化剂选自铜、铁、钴、铂、银中的至少一种。
优选地，金属催化剂与镍钴铝钛四元材料的重量比为0.1-5：1。
优选地，所述反应器为石英管。
优选地，所述气体碳源选自甲烷、一氧化碳、乙烯、乙炔中的至少一种。
优选地，所述载体气体选自氢气、氩气、氮气中的至少一种。
优选地，混合气体的流动速率为0.1-10dm3/min。
优选地，所述球磨的转速为200-500r/min，球磨时间为0.1-4h。
优选地，升高反应温度为以1-10℃/min升高反应温度至500-1050℃并保持0.2-2h。
优选地，升高反应温度为以10℃/min升高反应温度至800-900℃并保持1-1.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明的锂电池正极材料是碳纳米管复合镍钴铝钛四元材料，可以提高锂离子电池的充放电容量与充放电电流密度。因为本发明中碳纳米管的特殊结构，使锂离子脱嵌深度小，过程短，同时具有优良的物理、化学性能，如具有较大的比表面积、极高的抗拉强度、良好的热力学性能和高的化学稳定性的特点，因此，本发明制得的锂电池正极材料可以提高电池的充放电性能。
2)本发明使用热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛表面克服碳纳米管的缺点。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.7，y＝0.1，z＝0.1；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.05mol/l酒石酸钠溶液、1mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为40℃，反应器中反应物溶液的ph为7.5，以800r/min搅拌反应3h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为24h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为20h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂钴、镍钴铝钛四元材料按重量比为1：1混合，以450r/min球磨1h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择乙炔作为气体碳源，选择氮气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为0.3dm3/min，以10℃/min升高反应温度至900℃并保持1h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
实施例2
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.75，y＝0.05，z＝0.1；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成1mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将1mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.01mol/l酒石酸钠溶液、1.5mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为30℃，反应器中反应物溶液的ph为8，以600r/min搅拌反应5h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为28h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为24h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂铜、镍钴铝钛四元材料按重量比为0.1：1混合，以500r/min球磨0.1h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择甲烷作为气体碳源，选择氩气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为10dm3/min，以10℃/min升高反应温度至800℃并保持1.5h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
实施例3
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.8，y＝0.1，z＝0.05；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成0.1mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将0.1mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.1mol/l酒石酸钠溶液、0.5mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为50℃，反应器中反应物溶液的ph为7，以1000r/min搅拌反应2h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为20h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为16h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂铁、镍钴铝钛四元材料按重量比为5：1混合，以200r/min球磨4h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择一氧化碳作为气体碳源，选择氢气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为0.1dm3/min，以1℃/min升高反应温度至1050℃并保持0.2h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
实施例4
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.85，y＝0.05，z＝0.05；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成0.6mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将0.6mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.06mol/l酒石酸钠溶液、1.2mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为35℃，反应器中反应物溶液的ph为7.8，以700r/min搅拌反应4h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为22h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为19h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂铂、镍钴铝钛四元材料按重量比为2：1混合，以400r/min球磨2h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择乙烯作为气体碳源，选择氩气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为0.45dm3/min，以5℃/min升高反应温度至500℃并保持2h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
实施例5
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.8，y＝0.06，z＝0.07；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.05mol/l酒石酸钠溶液、1mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为45℃，反应器中反应物溶液的ph为7.3，以850r/min搅拌反应2.5h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为21h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为18h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂银、镍钴铝钛四元材料按重量比为0.5：1混合，以300r/min球磨3h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择一氧化碳作为气体碳源，选择氮气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为0.3dm3/min，以10℃/min升高反应温度至800℃并保持1.5h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
实施例6
一种锂电池正极材料，是通过热解催化法，使碳纳米管包覆在镍钴铝钛四元材料的表面制得的碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料；
所述镍钴钛铝四元材料的化学式为li(nixcoyalztiz)o2，其中x+y+2z＝1，x＝0.7，y＝0.1，z＝0.1；
所述镍钴铝钛四元材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述镍钴钛铝四元材料中镍、钴、铝、钛四元素的摩尔比，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、硫酸氧钛与去离子水混合配制成0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液，接着将0.5mol/l镍钴铝钛混合溶液、0.05mol/l酒石酸钠溶液、1mol/l碳酸钠溶液加入到反应器中混合反应并搅拌，反应温度为40℃，反应器中反应物溶液的ph为7.8，以700r/min搅拌反应3h，得到反应沉淀物；
将反应沉淀物过滤、洗涤、干燥，干燥温度为95℃，干燥时间为23h，得到球形碳酸盐前驱体；将球形碳酸盐前驱体、碳酸锂按摩尔比为1：0.5混合，并在氧气气氛下煅烧，煅烧温度为850℃，煅烧时间为19h，即可得到镍钴钛铝四元材料。
所述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
将金属催化剂铁、镍钴铝钛四元材料按重量比为1：1混合，以300r/min球磨2h，得到混合物a；将混合物a置于石英管中，通入气体碳源和载体气体，选择乙烯作为气体碳源，选择氩气作为载体气体，控制两种气体的流动速率为5dm3/min，以10℃/min升高反应温度至900℃并保持1h，使气体碳源与混合物a发生催化热解反应，待降至室温后，得到碳纳米管复合镍钴铝钛四元正极材料，即得到锂电池正极材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。