掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：先通过正交实验法制作纯相锰酸锂；再将制作后的纯相锰酸锂掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，最后将混合后的材料进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内进行烧结。通过制得的样品组装成扣式半电池，然后进行循环测试。本发明专利技术通过对正极材料进行掺入离子，提升了材料的循环稳定性能，提高了容量保持率。

Preparation method of spinel lithium manganate cathode material doped with ions

【技术实现步骤摘要】
掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法。
技术介绍
传统能源的不断枯竭促进新能源行业的蓬勃发展。锂离子电池作为新能源产业的重要组成部分也得到了大力的发展。尖晶石型锰酸锂正极材料因为其资源丰富、安全性好、无毒等优点占据了低速车、电动自行车、移动充电宝等低端产品领域，但其循环稳定性差仍限制着其进一步的发展，所以对锰酸锂材料的改性已经成为科研人员研究的热点。现有技术中一般采用高温固相法制备一种长循环的锰酸锂正极材料，但得到的正极材料没有较高的稳定性和容量保持率，因此有必要在此基础上做出改进，提供一种掺入离子的正极材料，以提升循环稳定性和提高容量保持率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，以提升锰酸锂正极材料的循环稳定性能和容量保持率。为实现上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料制备方法，其包括如下步骤：S1，通过正交实验法制作纯相锰酸锂；S2，将制作后的纯相锰酸锂掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，得到LiAlxTiyMn2-x-yO4，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。S3，混合后进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内进行烧结。优选地，所述S2中，Al离子掺入量为0-0.05，Ti离子掺入量为0-0.06。优选地，所述S2中，所述S2中，按照化学计量比取二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化铝进行混合，使掺入的Al离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.0.5。优选地，所述S2中，按照化学计量比取二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化钛，使掺入的Ti离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.04。优选地，所述S2中，按照化学计量比取二氧化锰、锰酸锂、氧化铝及氧化钛，使掺入的Al离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.05，掺入Ti离子的锰酸锂的摩尔比为0.04。优选地，所述S1中，纯相锰酸锂的初始容量为118mAh/g-121.5mAh/g，纯相锰酸锂经过250圈循环后的容量保持率为76.2％-80.2％。优选地，所述S3中，马弗炉中的烧结温度为800℃。优选地，将步骤S2制得的样品组装成扣式半电池，然后进行循环测试。优选地，循环测试在温度为25℃，电压为3-4.3V的窗口和1C倍率条件下充放电进行循环测试。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，提升了材料的循环稳定性能，提高了容量保持率。附图说明图1是本专利技术的一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。如图1所示，本专利技术提供一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1，通过正交实验法制作纯相锰酸锂；S2，将制作后的纯相锰酸锂掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，得到化学式为LiAlxTiyMn2-x-yO4锰酸锂正极材料，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1；S3，将步骤S2中得到的混合物混合后进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内在800℃的温度下进行烧结后得到掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料。本专利技术通过正交实验法制备的纯相锰酸锂，与外购锰酸锂对比，得出初始容量高于外购锰酸锂，但是循环稳定性较之不及。制备的纯相锰酸锂的初始容量为118mAh/g-121.5mAh/g，经过250圈循环后，容量保持率为76.2％-80.2％。通过向制备出的纯相锰酸锂中掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，而实现对纯相锰酸锂的改性，以实现较高的容量保持率。下面通过三个实施例进行具体的说明。实施例一：先通过正交实验法制作纯相锰酸锂，然后按照化学计量比称量二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化铝进行混合，此时掺入的Al离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.05，混合后进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内进行800℃高温烧结，得到的化学式为LiAl0.05Mn1.95O4，混合后的初始容量为110.8mAh/g，接着组装成扣式半电池，进行循环测试，在温度为25℃和1C倍率条件下充放，并且在电压为3-4.3V的窗口下经过200圈的循环测试后，得到的容量保持率为91.1％。如下表1所示，按照的Al离子掺入量与纯相锰酸锂的摩尔比分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04及0.05进行混合，得到的化学式为LiAlxTiyMn2-x-yO4，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，掺Al离子和不掺Al离子的电化学性能进行对比，得到掺Al离子后的材料循环稳定性提升明显，且容量保持率分别为79.1％、84.6％、85.8％、88.5％、90.9％及91.1％，可以得到当掺入量摩尔比为0.05时容量保持率最优。表1实施例一中的容量保持率Al离子掺入量初始容量倍率循环次数电压容量保持率0112.8mAh·g-11C2003-4.3V79.1％0.01112.5mAh·g-11C2003-4.3V84.6％0.02111.5mAh·g-11C2003-4.3V85.8％0.03113.9mAh·g-11C2003-4.3V88.5％0.04112.4mAh·g-11C2003-4.3V90.9％0.05114.2mAh·g-11C2003-4.3V91.1％实施例二：先通过正交实验法制作纯相锰酸锂，然后按照化学计量比称量加入二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化钛，此时掺入Ti离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.04，混合后进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内进行800℃高温烧结，得到的化学式为LiTi0.04Mn1.96O4，混合后的初始容量为112.8mAh/g，接着组装成扣式半电池，进行循环测试，在温度为25℃和1C倍率条件下充放，在电压为3-4.3V的窗口下经过200圈的循环测试后，得到的容量保持率为87.1％，经过700圈循环测试后，得到的容量保持率为77.9％。如下表2所示，按照Ti离子掺入量与纯相锰酸锂的摩尔比分别为0、0.02、0.04及0.06进行混合，得到的化学式为LiAlxTiyMn2-x-yO4，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，掺Ti离子和不掺Ti离子的电化学性能进行对比，得到掺Ti离子后的材料循环稳定性提升明显，在经过200圈的循环测试后，得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，通过正交实验法制作纯相锰酸锂；/nS2，将制作后的纯相锰酸锂掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，得到LiAl

【技术特征摘要】
1.一种掺入离子的尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，通过正交实验法制作纯相锰酸锂；
S2，将制作后的纯相锰酸锂掺入一定量的Al离子和/或Ti离子，得到LiAlxTiyMn2-x-yO4，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1；
S3，混合后进行球磨，球磨后过筛放入马弗炉内进行烧结。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，Al离子掺入量为0-0.05，Ti离子掺入量为0-0.06。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，按照化学计量比取二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化铝进行混合，使掺入的Al离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.0.5。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，按照化学计量比取二氧化锰、纯相锰酸锂及氧化钛，使掺入的Ti离子与纯相锰酸锂的摩尔比为0.04。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晟，
申请(专利权)人：江苏强劲新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32