本发明专利技术公开了一种掺杂的锂镍锰氧材料及其制备方法、锂离子电池，该方法包括以下步骤：（1）将LiNi0.5Mn1.5O4材料浸泡于需要掺杂的金属M的金属盐溶液中，取出干燥，得到前驱体；（2）将前驱体在惰性气氛下灼烧得到掺杂的锂镍锰氧材料。该制备方法制备的掺杂的锂镍锰氧材料做为正极材料，具有较好的导电性、容量保持率和倍率性能。该制备方法的制备工艺简单，制备的产品均匀性好，易于工业化生产。本制备方法使掺杂材料进入活性材料锂镍锰氧材料的晶格，达到了在锂镍锰氧材料内部掺杂的目的。同时降低了活性材料锂镍锰氧材料表面的包覆的掺杂材料的厚度，即可减少包覆的掺杂材料的用量，也可减少锂离子进出正极活性材料的阻力。
【技术实现步骤摘要】
一种掺杂的锂镍锰氧材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种掺杂的锂镍锰氧材料及其制备方 法、锂离子电池。
技术介绍
近年来，随着能源环境问题的日益严重以及电子产品轻型化的要求，人们对锂 离子电池的研究不断深入。目前常用的商业化的锂离子电池正极材料主要有以下几类： 钴酸锂材料、锰酸锂材料、锂镍锰氧材料。钴酸锂（LiCoO2)材料价格较高、其制备所用的 原料有毒性，人们一直努力开发其替代品；锰酸锂（LiMn2O4)材料由于价格低廉、无毒而 受到人们的关注；向锰酸锂材料中加入含镍的化合物可得到锂镍锰氧（LiNia5Mnh5O4)材 料，LiNia5Μηι. 504材料的充放电过程中的电压平台主要在4. 7V的平台，其理论容量高达 146. 7mAh/g，具有较高的能量密度、较高的比功率，因而成为当今锂离子电池正极材料研究 的热点。 虽然LiNia5Mnh5O4材料作为正极材料具有很多优点，但其充放电过程中电压较 高（5v左右)，在放电过程中会导致Mn3+发生歧化反应，生成的Mn2+溶于电解液中，Mn2+ 并扩散到负极碳材料表面，导致电池材料的不可逆容量损失进而影响电池效率。当使 用LiNia5Mr^5O4材料作为正极材料的电池体系使用LiFP6电解质的电解液时，在高温下 (55°C?65°C)电解液中少量的H2O与锂盐反应生成HF,HF与LiNia5Mnh5O4发生反应，导致 Mn2+溶解，且LiNia5Μηι. 504还具有催化电解液分解的作用，加剧了电池性能的衰降，使得电 极表面处的电解液不停地被氧化分解而沉积于电极表面，这样会阻碍锂离子脱嵌，导致电 池正极材料的循环性能差、容量衰减，限制了其商业化应用。 现有技术中，对于锂镍锰氧（LiNitl. ^n1.504)材料的掺杂改性是将掺杂材料在 LiNia5MnuO4材料制备过程的混料阶段同时添加进去，这样所制备的掺杂的锂镍锰氧材料 为体相掺杂的材料，由于体相掺杂将掺杂材料与LiNia5Mr^5O4材料是在固相状态进行混合 的，所以体相掺杂的过程中消耗的掺杂材料较多，且掺杂材料的损失较大。体相掺杂过程中 主要是指掺杂材料与作为活性材料的锂镍锰氧（LiNia5Mr^5O4)材料通过固体直接混合，然 后高温烧结，没有形成良好的接触，所以掺杂材料使用量大，影响活性材料的容量发挥。 而传统的对于锂镍锰氧（LiNia ^n1.504)材料的包覆改性旨在减少锂镍锰氧 (LiNia5Μηι. 504)材料作为正极材料时，其与电解液的直接接触面积，从而抑制副反应的发 生，其特点为包覆材料(如金属氧化物)仅包裹在锂镍锰氧（LiNia5Μηι.504)材料颗粒的表面， 可能会影响电池的脱嵌锂，并降低正极材料的放电容量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种掺杂的 锂镍锰氧材料及其制备方法、锂离子电池，该制备方法，达到了在锂镍锰氧材料内部掺杂的 目的，同时降低了活性材料锂镍锰氧材料表面的包覆的掺杂材料的厚度。 解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，包 括以下步骤： (1)将LiNia5Mnh5O4材料浸泡于需要掺杂的金属M的金属盐溶液中，取出干燥，得 到前驱体； (2)将所述前驱体在惰性气氛下灼烧得到掺杂的锂镍锰氧材料。 优选的是，所述LiNia5Mnh5O4材料的比表面积为0. 2?I. 0m2/g。 优选的是，所述LiNia5Mnh5O4材料的粒径为3?30μm。 优选的是，所述掺杂的锂镍锰氧材料中的金属M原子的含量为X，其中 0〈x< 2wt%〇 优选的是，所述金属盐溶液为铬盐溶液、铝盐溶液、镁盐溶液、铁盐溶液中的一种 或几种。 优选的是，所述金属盐溶液的溶剂为有机溶剂和水的混合溶剂。有机溶剂和水的 混合溶液有利于将LiNitl^Mn1 504材料浸泡于金属M的金属盐溶液后的干燥步骤。 优选的是，所述金属盐溶液中的金属盐的浓度为1?80mM。 优选的是，所述步骤（1)中的所述将LiNia5Μηι. 504材料浸泡于需要掺杂的金属M的 金属盐溶液中具体为：将LiNia5Mr^5O4材料浸泡于需要掺杂的金属M的金属盐溶液中进行 超声分散，其中，超声波的声强为30?120W/cm2。 优选的是，所述超声分散时进行加热，加热温度为50?120°C，加热时间为2? 12h。 优选的是，所述步骤（2)中的所述灼烧的温度为500?950°C，所述灼烧的时间为 1 ?44h。 优选的是，所述步骤（2)中的灼烧的具体条件为：以0. 5°C/min?10°C/min的速 度升温到650?950°C，并保温煅烧Ih?20h，然后以1°C/min?10°C/min的速度降温至 500?700°C，退火Ih?24h，自然冷却到室温，得到所述掺杂的锂镍锰氧材料。 本专利技术还提供一种掺杂的锂镍锰氧材料，其由上述的方法制备。 本专利技术还提供一种锂离子电池，其正极包括上述掺杂的锂镍锰氧材料。 本专利技术中的制备方法制备的掺杂的锂镍锰氧LiNia5Mnh5O4材料做为正极材料， 具有较好的导电性、容量保持率和倍率性能。该制备方法的制备工艺简单，制备的产品均 匀性好，易于工业化生产。本制备方法通过在液相环境下将掺杂材料与活性材料锂镍锰 氧LiNia5Mnh5O4材料充分混合，然后在高温环境下将两种材料融合，使掺杂材料进入活性 材料锂镍锰氧LiNia5Mnh5O4材料的晶格，形成结构稳定性好的固溶体，达到了在锂镍锰氧 LiNia5Μηι. 504材料内部掺杂的目的。同时降低了活性材料锂镍锰氧LiNia5Μηι. 504材料表面 的包覆的掺杂材料的厚度，即可减少包覆的掺杂材料的用量，也可减少锂离子进出正极活 性材料的阻力，减少锂离子穿越的路径，有利于电池性能发挥，提高了材料的电化学活性， 同时也减少了活性材料锂镍锰氧LiNia5Μηι. 504材料与电解液的直接接触面积，从而抑制副 反应。 【具体实施方式】 为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面通过【具体实施方式】对本 专利技术作进一步详细描述。 对比例 本对比例提供一种锂镍锰氧LiNia5Mnh5O4材料的制备方法，具体采用高温固相法 合成，包括以下步骤： 按照Li:Ni:Mn=L03 : 0.5 : 1.5的化学计量比分别称取碳酸锂、氧化镍、氧 化锰，其中Li过量3%是为了补偿其在高温下的少量挥发。将上述各化合物均加入到行星 式球磨机，再加入乙醇，固体与乙醇的用量比例为I. 3mL/g，以400r/min的转速球磨6h。取 出干燥后以4°C/min升温速度加热到500°C保温8h;再以5°C/min升温速度加热到850°C 煅烧14h;最后以5°C/min的降温速度降至600°C退火12h。自然降温至室温，即得到以下 各实施例中使用的LiNia5Mnh5O4材料。 电池极片的制备与测试方法： 将锂镍锰氧LiNia5Mnh5O4材料、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯）按照质 量比8 :1 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将LiNi0.5Mn1.5O4材料浸泡于需要掺杂的金属M的金属盐溶液中，取出干燥，得到前驱体；（2）将所述前驱体在惰性气氛下灼烧得到掺杂的锂镍锰氧材料。
【技术特征摘要】
1. 一种掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将LiNia5Mni.504材料浸泡于需要掺杂的金属M的金属盐溶液中，取出干燥，得到前 驱体； (2) 将所述前驱体在惰性气氛下灼烧得到掺杂的锂镍锰氧材料。2. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述 LiNiuMn^C^材料的比表面积为0. 2?1. 0m2/g。3. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述 LiNiQ.5Mn1 504材料的粒径为3?30 ii m。4. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂的 锂镍锰氧材料中的金属M原子的含量为X，其中0〈x彡2wt%。5. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐 溶液为铬盐溶液、铝盐溶液、镁盐溶液、铁盐溶液中的一种或几种。6. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐 溶液中的金属盐的浓度为1?80mM。7. 根据权利要求1所述的掺杂的锂镍锰氧材料的制备方法，其特征在于，所述步骤 (1) 中的所述将LiNiuM...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢磊，朱广燕，刘三兵，翟丽娟，陈效华，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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