一种锰基正极材料及钛酸锂电池制造技术

本申请公开了一种锰基正极材料及钛酸锂电池，锰基正极材料包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，其中锰基基材在锰位掺杂，包覆层包括TiO

【技术实现步骤摘要】
一种锰基正极材料及钛酸锂电池
本专利技术涉及钛酸锂电池领域，具体的说是一种锰基正极材料及钛酸锂电池。
技术介绍
钛酸锂材料是一种高性能的锂二次电池负极材料。在Li嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1％，因此被称为“零应变材料”，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，具有比碳负极更优良的循环性能。钛酸锂是一种新型的锂离子电池负极材料，具有以下特点：1)充放电电压平台高(1.55VvsLi/Li+)，远高于锂电位，从而从根本上杜绝了锂枝晶的形成，并且不与电解液发生反应；2)充放电时本身形变小而被称为“零应变材料”，极大地提高了电池本身的循环性能和安全性能；3)表面不形成保护膜，充放电效率高；4)锂离子迁移速率高，大电流充放电能力好；5)低温充放电性能好。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锰基正极材料及钛酸锂电池，以能够提高正极材料的导电性和离子扩散速率。本专利技术的目的是这样实现的：一种锰基正极材料，包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，其中锰基基材在锰位掺杂，锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，包覆层包括TiO2、CeO2、SiO2、AlF3、NiP、Zn(OH)2或石墨烯中的一种。进一步，包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、化学镀、水热法和/或高温固相反应法。优选的，所述包覆层为石墨烯，包覆的层数为5-12层。其中锰位掺杂Ni和Co的材料包括LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2；锰位掺杂Al的材料包括LiMn1.9Al0.1O4、LiNi0.35Mn1.5Al0.15O4、LiNi0.5Mn1.42Al0.08O4或LiNi0.45Mn1.45Al0.1O4。一种钛酸锂电池，包括正极材料和负极材料，负极材料包括钛酸锂，正极材料包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，其中锰基基材在锰位掺杂，锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，包覆层包括TiO2、CeO2、SiO2、AlF3、NiP、Zn(OH)2或石墨烯中的一种。进一步，包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、化学镀、水热法和/或高温固相反应法。优选的，所述包覆层为石墨烯，包覆的层数为5-12层。其中锰位掺杂Ni和Co的材料包括LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2；锰位掺杂Al的材料包括LiMn1.9Al0.1O4、LiNi0.35Mn1.5Al0.15O4、LiNi0.5Mn1.42Al0.08O4或LiNi0.45Mn1.45Al0.1O4；本专利技术的优点在于：1、本专利技术的钛酸锂电池的电源平台在3V-4.55V,有效提高了钛酸锂电池的电压且安全高效；2、正极材料进行掺杂，极大得提高了钛酸锂电池的导电性和离子扩散速率；3、采用石墨烯进行包覆，提高了钛酸锂电池的导电速度及能量密度。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1一种以锰基材料为正极的钛酸锂电池，其中正极包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，所述锰基基材为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，包覆层为石墨烯。负极片制备：负极浆料按照钛酸锂：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝92：2：1.5：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。正极片制备：负极浆料按照包覆石墨烯的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝95：1.5：1.5：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。电解液制备：电解液包括电解质和电解液溶剂，其中，电解液溶剂为有机碳酸酯类、有机羧酸酯类、氟化酯类、醚类、砜类中的一种以上；电解质为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsO6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3中的一种或几种。锂离子电池的制备：将负极片、正极片和隔膜按次序组装成电芯，用铝塑薄膜封装电池，并留下注液口。然后从注液口灌注电解液，封装，老化。实施例2一种以锰基材料为正极的钛酸锂电池，其中正极包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，所述锰基基材为LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2，包覆层为石墨烯。负极片制备：负极浆料按照钛酸锂：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝92：2：1.5：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。正极片制备：负极浆料按照包覆石墨烯的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝95：1.5：1.5：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。电解液制备：电解液包括电解质和电解液溶剂，其中，电解液溶剂为有机碳酸酯类、有机羧酸酯类、氟化酯类、醚类、砜类中的一种以上；电解质为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsO6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3中的一种或几种。锂离子电池的制备：将负极片、正极片和隔膜按次序组装成电芯，用铝塑薄膜封装电池，并留下注液口。然后从注液口灌注电解液，封装，老化。实施例3一种以锰基材料为正极的钛酸锂电池，其中正极包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，所述锰基基材为LiNi0.5Mn1.42Al0.08O4，包覆层为石墨烯。负极片制备：负极浆料按照钛酸锂：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝91：2：1：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。正极片制备：负极浆料按照包覆石墨烯的LiNi0.5Mn1.42Al0.08O4：导电炭(Super-P)：导电石墨(KS6)：粘接剂(PVDF)＝95：3：1：3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到负极浆料；将浆料进行涂布、辊压、粉条、冲切得到负极片。电解液制备：电解液包括电解质和电解液溶剂，其中，电解液溶剂为有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锰基正极材料，其特征在于，包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，所述锰基基材在锰位掺杂，所述锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，所述包覆层包括TiO

【技术特征摘要】
1.一种锰基正极材料，其特征在于，包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，所述锰基基材在锰位掺杂，所述锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，所述包覆层包括TiO2、CeO2、SiO2、AlF3、NiP、Zn(OH)2或石墨烯中的一种。2.根据权利要求1所述的一种锰基正极材料，其特征在于，所述包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、化学镀、水热法和/或高温固相反应法。3.根据权利要求1所述的一种锰基正极材料，其特征在于，所述包覆层为石墨烯，所述石墨烯包覆的层数为5-12层。4.根据权利要求1或3所述的一种锰基正极材料，其特征在于，所述锰位掺杂Ni和Co的材料包括LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。5.根据权利要求1或3所述的一种锰基正极材料，其特征在于，所述锰位掺杂Al的材料包括LiMn1.9Al0.1O4、LiNi0.35Mn1.5Al0.15O4、LiNi0.5Mn1.42Al0.08O4或LiN...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟猛，张奇，战云峰，王丽，
申请(专利权)人：山东威林特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37