一种复合锰酸锂材料及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术公开一种复合锰酸锂材料及其制备方法与锂离子电池，包括步骤：将钒源加入到草酸溶液中搅拌溶解，然后加入磷源、锂源，接着加入锰酸锂搅拌均匀，随后逐渐滴加乙二醇、乙二胺，于150～200℃反应2～4h，抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1‑N)Li3V2(PO4)3/C；将前驱体在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下将研磨后的粉体在700～800℃烧结8～15h；随炉冷却，即得复合锰酸锂材料NLiMn2O4/(1‑N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。本发明专利技术改善锰酸锂材料的循环性能和高温性能，可同时改善锰酸锂的导电性、倍率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种复合锰酸锂材料及其制备方法与锂离子电池。
技术介绍
随着新能源汽车的发展进程，使得对高能量密度的电池应用成为追逐的热点。镍钴锰酸锂三元材料以其能量密度高，循环性能好，而受到追捧；但三元材料热稳定性较差，易造成“热失控”，在极短的时间内就会爆燃，存在较大的安全风险，使其在新能源领域的广泛应用严重受阻。锰酸锂虽然比容量较低，但其资源丰富，安全性好，被认为具有吸引力的一种锂离子动力电池正极材料。但现有锰酸锂的高温性能较差，阻碍其在动力电池领域的应用。高温状态下，电解液腐蚀溶解锰现象严重，催化溶解的锰阻塞负极微孔，锂离子无法嵌入，沉积在铜箔和负极表面上，产生脱粉现象，负极材料失效，容量发生衰减。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合锰酸锂材料及其制备方法与锂离子电池，旨在解决现有锰酸锂材料高温性能差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种复合锰酸锂材料的制备方法，其中，包括步骤：A、将钒源加入到草酸溶液中搅拌溶解，然后加入磷源、锂源，接着加入锰酸锂搅拌均匀，随后逐渐滴加乙二醇、乙二胺，于150～200℃反应2～4h，抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；B、将前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下将研磨后的粉体在700～800℃烧结8～15h；C、随炉冷却，即得复合锰酸锂材料NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其中，所述钒源为偏矾酸铵、五氧化二钒、三氯化钒中的一种。所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其中，所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种。所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种。所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其中，所述钒源：草酸：磷源：锂源：乙二醇：乙二胺的摩尔比为2:3:3:3:6-9:7-10。所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其中，所述惰性气氛为氦气、氩气或氮气中的一种。一种复合锰酸锂材料，其中，采用如上任一所述的复合锰酸锂材料的制备方法制备而成；所述复合锰酸锂材料为NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。一种锂离子电池，其中，包括正极、负极和电解液，所述正极采用如上所述复合锰酸锂材料、粘结剂和导电剂制备而成。所述的锂离子电池，其中，所述复合锰酸锂材料、粘结剂和导电剂的质量比例为85-95:5-10:5-10。所述的锂离子电池，其中，所述粘结剂为PVDF，所述导电剂为乙炔黑。有益效果：本专利技术在锰酸锂材料表面包覆一层Li3V2(PO4)3/C包覆层，使包埋的锰酸锂与电解液，避免直接接触，减少与电解液接触发生的副反应，抑制电解液对锰离子的侵蚀溶解，从而改善锰酸锂材料的循环性能和高温性能。同时由于Li3V2(PO4)3/C具有较高的离子导电率和电子导电率，可同时改善锰酸锂的导电性、倍率性能。具体实施方式本专利技术提供一种复合锰酸锂材料及其制备方法与锂离子电池，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种复合锰酸锂材料的制备方法较佳实施例，其中，包括步骤：A、将钒源加入到草酸溶液中搅拌溶解，然后加入磷源、锂源，接着加入锰酸锂搅拌均匀，随后逐渐滴加乙二醇、乙二胺，于150～200℃反应2～4h，抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；上述步骤A具体为，将钒源加入到一定浓度的草酸溶液中搅拌溶解，然后按照原料摩尔比加入磷源、锂源，接着依据N值加入一定量的锰酸锂搅拌均匀，随后按照原料摩尔比逐渐滴加乙二醇、乙二胺，反应釜中于150～200℃（如180℃）反应2～4h（如3h），抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1，优选地，N值为0.8。步骤A中，所述钒源可以为但不限于偏矾酸铵、五氧化二钒、三氯化钒中的一种。优选地，所述钒源为偏矾酸铵。所述磷源可以为但不限于磷酸、磷酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种。优选地，所述磷源为磷酸二氢铵。所述锂源可以为但不限于碳酸锂、氢氧化锂中的一种。优选地，所述锂源为碳酸锂。所述钒源：草酸：磷源：锂源：乙二醇：乙二胺的摩尔比为2:3:3:3:6-9:7-10。优选地，所述钒源：草酸：磷源：锂源：乙二醇：乙二胺的摩尔比为2:3:3:3:8:8。B、将前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下将研磨后的粉体在700～800℃烧结8～15h；上述步骤B具体为，将前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下，将研磨后的粉体装入刚玉舟内，在700～800℃高温烧结8～15h。优选的干燥条件为100℃真空干燥8h，优选的烧结条件为760℃高温烧结12h。所述惰性气氛为氦气、氩气或氮气中的一种，优选的惰性气氛为氮气。C、随炉冷却，即得复合锰酸锂材料NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。本专利技术的一种复合锰酸锂材料，其中，采用如上任一所述的复合锰酸锂材料的制备方法制备而成；所述复合锰酸锂材料为NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1，优选地，N值为0.8。由于现有锰酸锂材料的高温性能差，本专利技术在锰酸锂材料表面包覆一层Li3V2(PO4)3/C包覆层，使包埋的锰酸锂与电解液，避免直接接触，减少与电解液接触发生的副反应，抑制电解液对锰离子的侵蚀溶解，从而改善锰酸锂材料的循环性能和高温性能。同时由于Li3V2(PO4)3/C具有较高的离子导电率和电子导电率，可同时改善锰酸锂的导电性、倍率性能。本专利技术的一种锂离子电池，其中，包括正极、负极和电解液，所述正极采用如上所述复合锰酸锂材料、粘结剂和导电剂制备而成。所述复合锰酸锂材料、粘结剂和导电剂的质量比例为85-95:5-10:5-10，优选的质量比例为90:7:7。优选地，所述粘结剂可以为PVDF，所述导电剂可以为乙炔黑。本专利技术正极的制备步骤如下：将复合锰酸锂材料、粘结剂（如PVDF）和导电剂（如乙炔黑）按质量比例85-95:5-10:5-10在溶剂（如N-甲基吡咯烷酮）中充分混合均匀，将混合均匀后所得浆料涂于铝箔上，120℃真空干燥除去溶剂和水分，将极片截成圆形电极作为正极（即工作电极）。本专利技术锂离子电池的制备步骤如下：在充满氩气的手套箱中，以金属锂片作为对电极，Celgard2400为隔膜，1mol/L的LiPF6/EC-EMC-DMC（体积比为1:1:1）为电解液，组装成扣式电池，静置4-10h（如8h）；在2.5～4.3V电压范围内，进行电化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将钒源加入到草酸溶液中搅拌溶解，然后加入磷源、锂源，接着加入锰酸锂搅拌均匀，随后逐渐滴加乙二醇、乙二胺，于150～200℃反应2～4h，抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1‑N)Li3V2(PO4)3/C；B、将前驱体NLiMn2O4/(1‑N)Li3V2(PO4)3/C在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下将研磨后的粉体在700～800℃烧结8～15h；C、随炉冷却，即得复合锰酸锂材料NLiMn2O4/(1‑N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。

【技术特征摘要】
1.一种复合锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将钒源加入到草酸溶液中搅拌溶解，然后加入磷源、锂源，接着加入锰酸锂搅拌均匀，随后逐渐滴加乙二醇、乙二胺，于150～200℃反应2～4h，抽滤、洗涤后得前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；B、将前驱体NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C在80～120℃真空干燥6～10h，干燥后研磨均匀，然后惰性气氛下将研磨后的粉体在700～800℃烧结8～15h；C、随炉冷却，即得复合锰酸锂材料NLiMn2O4/(1-N)Li3V2(PO4)3/C；其中0.7≤N<1。2.根据权利要求1所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为偏矾酸铵、五氧化二钒、三氯化钒中的一种。3.根据权利要求1所述的复合锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种。4.根据权利要求1所述的复合锰酸锂材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立君，宋翠环，
申请(专利权)人：深圳市鑫永丰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44