一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及电化学技术领域，具体是一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用，包括以下步骤：S1.称取材料：按化学计量比称取二氧化锰（MnO2）、氟化锂（LiF）、氢氧化铝（Al(OH)3）、二氧化锆（ZrO

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体是一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用。

技术介绍

[0002]锂离子因其高能量密度、长循环寿命、低自放电能力以及无记忆效应等优点备受科学工作者的关注。近年来广泛应用于便携式电子设备并向电动汽车和大规模储能领域转变，而电池的安全性和制造成本是这些领域关注的重点。锰酸锂由于储量丰富、材料成本低和高安全性等特点成为应用最广泛的正极材料之一。
[0003]中国专利号CN105742610B提供一种碳包覆磷酸铁锰锂薄膜型正极材料的制备方法，其先对铁锰合金材料进行打磨抛光、清洗、烘干；以基体材料为阳极、不锈钢片为阴极，将它们同时浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理，在基体材料表面上均匀覆盖一层具有微孔结构的磷酸铁锰；将锂源加入到无水乙醇中，以石墨为阳极，以包覆有磷酸铁锰的基体材料为阴极，在电压为20
‑
60V条件下进行电泳沉积，锂沉积在磷酸铁锰上得到磷酸铁锰锂前驱体；将碳源通过化学气相沉积的方法将碳沉积在磷酸铁锰锂前驱体上，得到碳包覆磷酸铁锰锂薄膜型正极材料。
[0004]目前，上述方案锰酸锂包覆改性工艺过程较为复杂，使得锂电池生产成本过高，同时现有技术生产的现有锰酸锂正极材料结构稳定性不好，而且锰酸锂正极材料组装成的锂离子电池高温循环性能较差，因此，亟需设计一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种，以解决上述
技术介绍
中提出的现有锰酸锂包覆改性工艺过程较为复杂、锰酸锂正极材料结构稳定性不好与电池高温循环性能较差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，包括以下步骤：S1.称取材料：按化学计量比称取二氧化锰（MnO2）、氟化锂（LiF）、氢氧化铝（Al(OH)3）、二氧化锆（ZrO2）、碳酸锂（Li2CO3）、分散剂、粘结剂；S2.研磨化桨：将上述材料固体材料依次倒入球磨机中，而后启动球磨机对材料进行研磨，并在研磨时将分散剂、粘接剂倒入球磨机中进行混合研磨，从而制得均匀浆料；S3.喷雾造粒：将上述步骤制得浆料倒入喷雾干燥机，而后启动喷雾干燥剂对浆料进行雾化干燥，从而得到合适的混合物颗粒；S4.高温烧结：待上一步结束后，将得到颗粒放入匣钵中，而后将匣钵推入烧结炉中，而后启动烧结炉对匣钵中的混合物进行焙烧；S5.冷却粉碎：在上一步烧结结束后，可以将匣钵放置在风冷设备中，待得冷却到室温后得到形貌规则、粒度分布均匀的LiMn1.95Al0.05O3.8F0.2@xZrO2正极材料，而后可
以取出板结的混合物，而后放入粉碎机中，从而对混合进行粉碎处理，之后在倒入研磨设备中研磨，以便于得到锰酸锂正极材料。
[0007]进一步地，所述S1中碳酸锂为过量3%的碳酸锂，所述分散剂为纯水、乙醇中的一种，所述粘接剂为聚乙二醇（PEG）。
[0008]进一步地，所述S2中球磨机选择行星式球磨机，且研磨时间为4
‑
8h。
[0009]进一步地，所述S3中喷雾造粒时控制固液比为1∶1～1.5，出风温度为90～150℃，进料速度为15～30mL/min，收尘后温度为120℃，时间为10
‑
15h。
[0010]进一步地，所述S4中先预烧在高温焙烧，且预烧时间为1
‑
3h，温度为450
‑
600℃，所述高温焙烧时温度为700
‑
800℃，时间为18
‑
30h。
[0011]一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的应用，包括以下步骤：S1.搅拌混合：将制得正极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯（PVDF）一同倒入混合设备中，而后在加入适量溶剂N－甲基吡咯烷酮溶液，之后启动混合设备，从而对物料进行混合，之后得到混合物浆料；S2.涂布：将上述混合的浆料倒入涂布设备的存浆机构中，而后启动涂布设备，使得浆料均匀涂布在铝箔上；S3.真空干燥：将上述涂布的铝箔放入真空干燥设备中，而后启动干燥设备对铝箔进行干燥，而后放置到室温环境下冷却；S4.压片冲压：待上述干燥铝箔冷却至室温时，将铝箔放置在压片机上，而后启动压片机对铝箔冲压，从而得到复合电极圆片；S5.组合装配：将得到的圆片作为正极，金属锂片作为负极，并将Celgard－2400作为隔膜，1mol/LLiPF6(EC+DMC)(体积比为1∶1)混合液为电解液，而后在充满氩气的手套箱内将上述材料组装成CＲ2025型扣式电池；S6.产品测试：待上一步纽扣电池制作结束后可以将扣式电池放入LANDCT2001A型电池测试系统，而后启动系统对扣式电池进行充放电测试。
[0012]进一步地，所述S1中正极材料、乙炔黑和PVDF比例为8∶1∶1，所述S1中混合设备混合时搅拌速度为300
‑
500r/min，且时间为15
‑
30min。
[0013]进一步地，所述S2所选铝箔厚度为15
‑
25μm，且涂布厚度为5
‑
10μm。
[0014]进一步地，所述S3中真空干燥时间为5
‑
8h、温度为100
‑
150℃。
[0015]进一步地，所述S4中压片冲压后的的复合电极圆片为10
‑
15mm。
[0016]本专利技术通过改进在此提供一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备及应用，与现有技术相比，具有如下改进及优点：（1）本专利技术所设计的二氧化锆包覆法，在使用该方法生产锰酸锂正极材料时，生成的LMO－Al－F－3%材料可以提高锰酸锂电池的高温循环性能，从而提高锰酸锂电池的电化学性能。
[0017]（2）本专利技术所设计的喷雾干燥法，在使用该方法制备锰酸锂正极材料时，喷雾干燥法可以成功制备了形貌规整、粒径分布均匀的球形前驱体，从而提高正极材料的结构稳定性。
[0018]（3）本专利技术所设计的工艺方法，通过一步合成的ZrO2表面包覆F、Al共掺杂尖晶石锰酸锂材料具备工艺过程简单、环境友好等特点，而且可以提高锰酸锂电池未来的发展空
间。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释:图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术的应用流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图1
‑
2对本专利技术进行详细说明，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，其特征在于：包括以下步骤：S1.称取材料：按化学计量比称取二氧化锰（MnO2）、氟化锂（LiF）、氢氧化铝（Al(OH)3）、二氧化锆（ZrO2）、碳酸锂（Li2CO3）、分散剂、粘结剂；S2.研磨化桨：将上述材料固体材料依次倒入球磨机中，而后启动球磨机对材料进行研磨，并在研磨时将分散剂、粘接剂倒入球磨机中进行混合研磨，从而制得均匀浆料；S3.喷雾造粒：将上述步骤制得浆料倒入喷雾干燥机，而后启动喷雾干燥剂对浆料进行雾化干燥，从而得到合适的混合物颗粒；S4.高温烧结：待上一步结束后，将得到颗粒放入匣钵中，而后将匣钵推入烧结炉中，而后启动烧结炉对匣钵中的混合物进行焙烧；S5.冷却粉碎：在上一步烧结结束后，可以将匣钵放置在风冷设备中，待得冷却到室温后得到形貌规则、粒度分布均匀的LiMn1.95Al0.05O3.8F0.2@xZrO2正极材料，而后可以取出板结的混合物，而后放入粉碎机中，从而对混合进行粉碎处理，之后在倒入研磨设备中研磨，以便于得到锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述的一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，其特征在于：所述S1中碳酸锂为过量3%的碳酸锂，所述分散剂为纯水、乙醇中的一种，所述粘接剂为聚乙二醇（PEG）。3.根据权利要求1所述的一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，其特征在于：所述S2中球磨机选择行星式球磨机，且研磨时间为4
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8h。4.根据权利要求1所述的一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，其特征在于：所述S3中喷雾造粒时控制固液比为1∶1
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1.5，出风温度为90
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150℃，进料速度为15
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30mL/min，收尘后温度为120℃，时间为10
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15h。5.根据权利要求1所述的一种二氧化锆包覆的锰酸锂正极材料的制备，其特征在于：所述S4中先预烧在高温焙烧，且预烧时间为1
‑
3h，温度为450
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600℃，所述高温焙烧时温度为700
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈静波，王剑锋，陈鹏鹛，马岩华，贺兆书，
申请(专利权)人：安徽博石高科新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：