本发明专利技术公开了一种具有高倍率性能的铝、钠协同掺杂制备锰酸锂正极材料的方法。（1）将锂源0.005-0.1mol、锰源0.005-0.1mol、铝离子掺杂源0.0001-0.1mol、钠离子掺杂源0.0001-0.1mol、柠檬酸0.01-1mol，分别溶解并混合得到浅褐色溶液；（2）60～90℃水浴蒸干，60～120℃真空干燥8-12小时得到干凝胶；（3）研磨，在马弗炉中300℃-500℃预烧结3-6小时，冷却，再次研成粉末，于650℃-850℃烧结10-24小时，冷却至室温，即得到Li1-xNaxAlyMn2-yO4，其中：x=0.01～0.3。本发明专利技术工艺简单，成本低廉，能够制备出结晶良好、晶粒细小、分布均匀的铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料，材料电化学性能得到明显提高，具有良好的倍率性能和循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
随着全球化石燃料资源紧张、环境污染加剧等问题的突出，人们日益重视新能源新材料的开发和应用，从而带动电动车和电动车用电池的发展。近年来，由于锂离子二次电池有着安全性好、比能量高、循环寿命长及绿色无污染等优点，受到世界各国的重视。目前，影响锂离子动力电池发展的关键因素是正极材料的研究和发展。由于锰酸锂正极材料电池具有工作电压高、电压稳定、循环性能好、使用寿命长、成本低、对环境友好、安全等突出优点，使得尖晶石型锰酸锂具有广阔的市场空间。然而，尖晶石型锰酸锂存在着因Jahn-Teller效应而产生的结构畸变，导致其在充放电或储存过程中容量衰减严重，特别是在高温条件下。研究发现，降低Mn3+的比例，可以抑制Jahn-Teller效应，为此，用其他元素如:Fe、Co、Al、N1、T1、Zn、Cr、La、Ce等取代Mn3+得到了广泛且深入的研究。结果表明，以合适的阳离子取代适量Mn3+，可以抑制Jahn-Teller效应，增强猛酸锂结构的稳定性，从而改善电化学性能。但是，Jahn-Teller效应依然存在，锂离子的三维扩散通道仍可能被堵塞。为此，本专利技术通过同时掺杂铝离子和钠离子，在抑制Jahn-Teller效应的基础上，以钠离子来支撑和固定锂离子的三维扩散通道，从而更好地增强结构的稳定性，取得了明显的效果。本专利技术采用溶胶凝胶法制备锰酸锂正极材料，并通过铝、钠共掺杂，对锰酸锂的电化学性能的改进进行了研究。
技术实现思路
本专利技术目的是在抑制Jahn-Teller效应的同时，以钠离子支撑和固定锂离子的三维扩散通道，从以上两个方面稳定尖晶石锰酸锂的结构，由此制备出循环稳定性好、高倍率性能优良的铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料。铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料的分子式为:ΙΑ xNaxAlyMn2 y04，其中:x=0.01?0.3，y=0.01 ?0.3。铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料制备方法的具体步骤为: (1)先按化学计量比称取锂源0.005-0.lmol、锰源0.005-0.lmol、铝离子掺杂源0.0001-0.0lmol、钠离子掺杂源0.0001-0.lmol、柠檬酸0.01-lmol,将其分别溶于5mL-15mL去离子水中；接着依次将锂源、锰源、铝离子掺杂源和钠离子掺杂源的溶液滴加到柠檬酸溶液中，用DF-101S型集热式磁力搅拌器室温下搅拌并充分混合；然后用分析纯氨水调节pH为6-9，将溶液充分搅拌，得到浅褐色溶液。(2)对步骤(1)所得到的浅褐色溶液室温下搅拌1-3小时，得到红褐色溶胶；然后水浴加热至60?90°C (加热过程中用分析纯氨水调节pH为6-9)，蒸干得到褐色凝胶，再将褐色凝胶送入60?120°C真空干燥箱干燥8-12小时得到干凝胶。(3)将步骤(2)所得的干凝胶研磨，置于马弗炉中300°C _500°C预烧结3_6小时，预烧结后对样品进行研磨并在马弗炉中650°C _850°C烧结10-24小时，后随炉自然冷却至室温；手动研磨样品后获得招、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料LilxNaxAlyMn2y04，其中:x=0.01 ?0.3, y=0.01 ?0.3。所述锂源为乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。 所述锰源为乙酸锰、碳酸锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或多种。所述铝离子掺杂源为硝酸铝、硫酸铝和乙酸铝中的一种或多种。所述钠离子掺杂源为氢氧化钠、硫酸钠和乙酸钠中的一种或多种。本专利技术利用工艺成熟的溶胶-凝胶法，掺杂铝、钠元素，经过磁力搅拌和水浴蒸干得到凝胶，再通过控制热处理的温度和时间，最后制备出结晶良好、颗粒细小、分布均匀的铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料。室温下，电压为3.0?4.4V，0.5C倍率时，放电比容量可达113.8mAh/go 100次循环后放电比容量保持率为92.9%，可以看出具有优良的循环稳定性。在10C倍率时，放电比容量依然有100.3mAh/g。与其它金属阳离子掺杂路线相比，本专利技术可以明显地提高材料的循环性能，特别是倍率性能。该方法制备的正极材料在动力电源领域具有广阔的应用前景。本制备方法安全性好、成本低廉、对环境友好、电化学性能优良，适用于工业化生产。【附图说明】图1是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前后锰酸锂正极材料的XRD谱图。图2是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前锰酸锂正极材料的SEM效果图。图3是实施例1得到的铝、钠离子掺杂后锰酸锂正极材料的SEM效果图。图4是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前锰酸锂正极材料的EDS谱图。图5是实施例1得到的铝、钠离子掺杂后锰酸锂正极材料的EDS谱图。图6是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前后锰酸锂正极材料循环性能图。图7是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前后锰酸锂正极材料倍率性能图。图8是实施例1得到的铝、钠离子掺杂前后锰酸锂正极材料EIS图。图中:实施例1得到的铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料标记为LM0-AN ;未掺杂得到的锰酸锂正极材料标记为:LM0。【具体实施方式】实施例1: (1)按化学计量比称取乙酸锂0.0198mol、乙酸锰0.038mol、硝酸铝0.002mol、氢氧化钠0.048mol、柠檬酸0.063mol，分别将其溶于10 mL去离子水中；接着依次将乙酸锂、乙酸锰、硝酸铝和氢氧化钠的溶液滴加到柠檬酸溶液中，用DF-101S型集热式磁力搅拌器室温下搅拌并充分混合；然后用分析纯氨水调节pH为8，将溶液充分搅拌，得到浅褐色溶液。(2)对步骤(1)所得到的浅褐色溶液室温下搅拌1小时，得到红褐色溶胶；然后水浴加热至80°C (加热过程中用分析纯氨水调节pH为8)，蒸干得到褐色凝胶，将褐色凝胶送入120°C真空干燥箱干燥12小时得到当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高倍率性能的铝、钠协同掺杂制备锰酸锂正极材料的方法，其特征在于具体步骤为： （1）按化学计量比称取锂源0.005‑0.1mol、锰源0.005‑0.1mol、铝离子掺杂源0.0001‑0.01mol、钠离子掺杂源0.0001‑0.1mol、柠檬酸0.01‑1mol，将其分别溶于5mL‑15mL去离子水中;然后依次将锂源、锰源、铝离子掺杂源和钠离子掺杂源的溶液滴加到柠檬酸溶液中，用DF‑101S型集热式磁力搅拌器室温下搅拌并充分混合，接着用分析纯氨水调节pH为6‑9，将溶液充分搅拌，得到浅褐色溶液；（2）对步骤（1）所得到的浅褐色溶液室温下搅拌1‑3小时，得到红褐色溶胶;然后加热至60～90℃水浴，加热过程中用分析纯氨水调节pH为6‑9，蒸干得到褐色凝胶，将褐色凝胶送入60～120℃真空干燥8‑12小时得到干凝胶；（3）将步骤（2）所得的干凝胶研磨，置于马弗炉中300℃‑500℃预烧结3‑6小时，预烧结后研磨并在马弗炉中650℃‑850℃烧结10‑24小时，随炉自然冷却至室温，手动研磨后获得铝、钠离子掺杂的锰酸锂正极材料Li1‑xNaxAlyMn2‑yO4，其中：x=0.01～0.3；所述锂源为乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；所述锰源为乙酸锰、碳酸锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或多种；所述铝离子掺杂源为硝酸铝、硫酸铝和乙酸铝中的一种或多种；所述钠离子掺杂源为氢氧化钠、硫酸钠和乙酸钠中的一种或多种。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖顺华，李玉珠，毛雁芳，占涛涛，李超，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
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