一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。本发明专利技术利用锰酸锂正极材料内部的介孔、大孔结构，在介孔、大孔的内表面构造赝电容材料，利用赝电容储存部分锂离子，从而在充放电过程中达到提高锰酸锂正极材料比容量的目的。

A high capacity lithium manganate cathode material with pseudocapacitor composite and its preparation method as well as a lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池
本专利技术属于储能
，具体涉及一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池。
技术介绍
锰酸锂正极材料由于原材料储量丰富、价格低廉、制备工艺简单等优点成为锂离子电池商业化的正极材料之一。尖晶石结构的锰酸锂正极材料理论比容量为147mAh/g，而目前商业化的锰酸锂正极材料比容量为100～120mAh/g，锰酸锂正极材料比容量低的问题还需解决。提高锰酸锂正极材料比容量的方法有：1)在材料中掺杂金属阳离子，提高锰酸锂正极材料的电化学活性，让材料中更多的锂参与电化学反应，从而提高材料的比容量；如公开号CN103682315B的中国专利公开了高容量、长寿命锂离子电池锰酸锂正极材料的制备方法，通过二次引入活性物质有效提高Li+的扩散速率，减少不可逆容量损失，从而提高正极材料的可逆比容量和循环稳定性。但是由于活性物质多为离子半径较大、难以进入锰酸锂材料晶格的钴、镍、铝、镁、钛等金属元素，容易导致锰酸锂材料活性物质掺杂不均匀。2)在锰酸锂正极材料中添加其他高容量的正极材料如更高容量的锰酸锂、钴酸锂、三元材料、镍酸锂，提高材料的比容量；如公开号CN103794751B的中国专利公开了一种锰酸锂基锂离子电池正极材料及其制备方法，通过大小粒径锰酸锂混合来提高锰酸锂材料的体积容量，实现高密度化、高容量化，通过掺杂改性或包覆等表面处理实现锰酸锂基材料的结构稳定性，提高材料的循环性能和高温性能。这种方法会增加锰酸锂正极材料的成本、降低电池的首次效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池，本专利技术提供的正极材料比容量高，制备成本低，具有较高的首次库伦效率。本专利技术提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。优选的，所述锰酸锂基体内部包括介孔、大孔和缝隙，所述介孔的尺寸为20～50nm，所述大孔的尺寸为50～500nm。优选的，所述赝电容材料包括MnO2、Co3O4、NiO、V2O5、RuO2、IrO2、WO3、PbO2中的一种或多种。优选的，所述赝电容材料和锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1。本专利技术还提供了一种上述赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将含有M元素的化合物溶解于溶剂中，得到浸渍液；其中，M元素选自Mn、Co、Ni、V、Ru、Ir、W或Pb；B)将锰酸锂基体与所述浸渍液混合搅拌，使锰酸锂基体的孔隙内吸附浸渍液；C)将步骤B)得到的产物进行干燥和焙烧，得到赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料。优选的，所述含有M元素的化合物选自氯化锰、碳酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化钴、碳酸钴、硝酸钴、乙酸钴、亚硝酸钴钠、亚硝酸钴钾、环烷酸钴、氯化镍、碳酸镍、硝酸镍、乙酸镍、偏钒酸铵、乙酸钌、乙酸铱、乙酸钨、硝酸铅、乙酸铅、硬脂酸铅、二氧化铅中的一种或多种。优选的，所述溶剂包括水、乙醇、乙酸、硝酸、松节油中的一种或多种。优选的，所述焙烧的温度为100～700℃，焙烧的时间为0.5～5h。优选的，所述含有M元素的化合物与锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料或上述制备方法制备得到的赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料。与现有技术相比，本专利技术提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。本专利技术利用锰酸锂正极材料内部的介孔、大孔结构，在介孔、大孔的内表面构造赝电容材料，利用赝电容储存部分锂离子，从而在充放电过程中达到提高锰酸锂正极材料比容量的目的。附图说明图1为实施例1为制备的MnO2复合的高容量锰酸锂正极材料的SEM图；图2为实施例1为制备的MnO2复合的高容量锰酸锂正极材料剖面的SEM图；图3为实施例1和比较例1制作的电池充放电电压—比容量对比曲线；图4为实施例1和比较例1制作的电池循环性能对比曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。在本专利技术中，所述锰酸锂基体为本领域技术人员共知的锰酸锂材料，其内部包括介孔、大孔和缝隙，所述介孔的尺寸为20～50nm，所述大孔的尺寸为50～500nm。所述赝电容材料包括MnO2、Co3O4、NiO、V2O5、RuO2、IrO2、WO3、PbO2中的一种或多种，优选为MnO2、Co3O4、NiO、V2O5和PbO2中的一种或多种。所述赝电容材料和锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1，优选为(0.005～0.04)：1，进一步优选为(0.01～0.02)：1。本专利技术还提供了一种上述赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将含有M元素的化合物溶解于溶剂中，得到浸渍液；其中，M元素选自Mn、Co、Ni、V、Ru、Ir、W或Pb；B)将锰酸锂基体与所述浸渍液混合搅拌，使锰酸锂基体的孔隙内吸附浸渍液；C)将步骤B)得到的产物进行干燥和焙烧，得到赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料。本专利技术首先将含有M元素的化合物溶解于溶剂中，在本专利技术中，所述含有M元素的化合物为含有M元素的盐或氧化物，该化合物可以溶解于相应的溶剂中，得到状态澄清均一的浸渍液。其中，所述含有M元素的化合物选自氯化锰、碳酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化钴、碳酸钴、硝酸钴、乙酸钴、亚硝酸钴钠、亚硝酸钴钾、环烷酸钴、氯化镍、碳酸镍、硝酸镍、乙酸镍、偏钒酸铵、乙酸钌、乙酸铱、乙酸钨、硝酸铅、乙酸铅、硬脂酸铅、二氧化铅中的一种或多种。优选为碳酸锰、硝酸锰、乙酸锰、碳酸钴、硝酸钴、乙酸钴、亚硝酸钴钠、环烷酸钴、碳酸镍、硝酸镍、乙酸镍、偏钒酸铵、硝酸铅、乙酸铅、硬脂酸铅、二氧化铅中的一种或多种。更优选为碳酸锰、硝酸锰、碳酸钴、硝酸钴、碳酸镍、硝酸镍、乙酸镍、偏钒酸铵中的一种或多种。所述溶剂包括水、乙醇、乙酸、硝酸、松节油中的一种或多种。上述一些无法溶解于溶剂中的化合物，例如碳酸锰，可以通过化学反应，先将其转化为可溶解于溶剂中的化合物，得到浸渍液。得到浸渍液后，将所述锰酸锂基体与所述浸渍液混合搅拌，使锰酸锂基体的孔隙通过毛细管作用吸附浸渍液。所述含有M元素的化合物与锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1，优选为(0.005～0.04)：1，进一步优选为(0.01～0.02)：1。。然后，将上述产物进行干燥后，浸渍液中含有M元素的化合物存留在锰酸锂基体的孔隙中。本专利技术对所述干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员共知的干燥方法即可。接着，进行焙烧，得到赝电容复合的高容量锰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，其特征在于，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，其特征在于，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述锰酸锂基体内部包括介孔、大孔和缝隙，所述介孔的尺寸为20～50nm，所述大孔的尺寸为50～500nm。


3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述赝电容材料包括MnO2、Co3O4、NiO、V2O5、RuO2、IrO2、WO3、PbO2中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述赝电容材料和锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1。


5.一种如权利要求1～4任意一项所述的赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将含有M元素的化合物溶解于溶剂中，得到浸渍液；其中，M元素选自Mn、Co、Ni、V、Ru、Ir、W或Pb；
B)将锰酸锂基体与所述浸渍液混合搅拌，使锰酸锂基体的孔隙内吸附浸渍液；
C)将步骤B)得到的产物进...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛喜雅勒图，王雪莹，顾庆文，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33