一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料及其制备方法和应用，属于电池正极材料制备技术领域。制备方法包括以下步骤：先通过行星球磨的方式把掺杂元素Al和F引入β

A coated Al, f Co doped single crystal lithium manganate cathode material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其电压高、能量密度大、循环寿命长等优点被广泛应用于便携式电子设备。随着新一代信息技术、新能源、节能环保、数字创意等新兴产业的发展，使得锂离子电池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。
[0003]正极材料是锂离子电池的核心和关键材料。锰酸锂具有储量丰富、材料成本低和高安全性等优点，是当下应用最广泛的正极材料之一。但是实际应用过程中锰酸锂的循环性能、高温性能、倍率放电性能均需进一步提升，否则会影响材料的容量发挥。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单、易于控制和成本低的锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。
[0005]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料，化学通式为[Li
x
Al
a
Mn
b
(O4‑
c/2
F
c
)]·
[N
d
O
e
]f
，所述单晶锰酸锂包括锰酸锂内核Li
x
Al
a
Mn
b
(O4‑
c/2
F
c
)和N<br/>d
O
e
包覆层；其中，1.00≤x≤1.05，0.001≤a≤0.050，1950≤b≤1.999，a+b=2，d和e满足N
d
O
e
化合价平衡，f＜0.1；N
d
O
e
选自La2O3、Y2O3、ZrO2、Cr2O3、ZnO、Bi2O3、TiO2、MgO、B2O3、Nb2O5和V2O5中的至少一种。
[0006]所述单晶锰酸锂的粒径D
50
为8 μm~12 μm。
[0007]一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料，包括如下步骤：(1) 按化学计量比称取锰源、Al(OH)3和LiF，以去离子水为溶剂、聚醇类物质为乳化剂，在行星式球磨机中混合球磨6 h，制成均匀浆料；(2) 通过喷雾干燥机造粒，然后于120 ℃下烘干；(3) 在空气气氛中以500 ℃烧结6~12 h，得到掺杂的锰源；(4) 按化学计量比称取锂源、掺杂锰源和包覆剂N
d
O
e
，高能球磨3 h，得到锰酸锂前驱体；N
d
O
e
选自La2O3、Y2O3、ZrO2、Cr2O3、ZnO、Bi2O3、TiO2、MgO、B2O3、Nb2O5和V2O5中的至少一种；(5) 在空气气氛中以700~850 ℃高温烧结12~24 h，得到所述单晶锰酸锂正极材料。
[0008]所述步骤（1）的聚醇类物质包括PEG、PVA或PPG中的任意一种或至少两种的组合。
[0009]所述步骤（1）的锂源包括锂的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
[0010]所述步骤（1）的锰源为β
‑
MnO2，粒径D
50
为4 μm~6 μm。
[0011]所述的包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料应用于锂离子电池正极片。
[0012]由于采用上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比具有以下积极效果：1、采用两步烧结法制备锰酸锂，先通过行星球磨的方式把掺杂元素引入β
‑
MnO2中，烧结生成掺杂的β
‑
MnO2，再把掺杂的β
‑
MnO2、锂源和包覆剂混合进行烧结，可有效降低物料混和不均与现象，同时又能减少锂的混排现象；2、通过Al、F阴阳离子对锰酸锂进行掺杂，Al
‑
O键键能远远大于Mn
‑
O键的键能，有利于提高材料结构的稳定性，F形成的氟化表面将会遏制电解质LiPF6的分解反应，抑制HF的生成，提高材料的界面稳定性。两者协同还可以减少掺杂引起的晶格畸变，稳定了锰酸锂正极材料的晶体结构；3、掺杂和包覆的双重改性提升了单晶锰酸锂材料内部与界面的稳定性，同时能够充分抑制充放电过程中由Jahn
‑
Teller效应所导致的晶格畸变，进一步提升了材料的常温循环性能和倍率放电性能，使材料具有较高的克容量的同时又拥有较长的循环寿命。
[0013]综上所述，本专利技术的锰酸锂电池正极材料安全性高、稳定性好、高温下的贮存和循环性能好，延长了其使用寿命，降低了成本；具有克容量高、压实密度大、常温循环寿命长、倍率放电性能好、高温储电性能良好等显著优势。
附图说明
[0014]图1为实施例1所得正极材料的SEM图；图2为实施例1所得正极材料的粒径图；图3为实施例1所得正极材料的充放电曲线图；图4为实施例1的锰酸锂电池倍率性能曲线图；图5为实施例1的锰酸锂电池循环性能曲线图；图6为实施例2所得正极材料的SEM图；图7为实施例4所得正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
[0016]实施例1本实施例提供了一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂，所述单晶锰酸锂的化学通式为[Li
1.03
Al
0.01
Mn
1.99
(O
3.995
F
0.01
)]·
[Nb2O5]0.01
，所述单晶锰酸锂包括锰酸锂内核Li
1.03
Al
0.01
Mn
1.99
(O
3.995
F
0.01
)和Nb2O5包覆层。
[0017]本实施例还提供了上述单晶锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：(1) 按摩尔比Al:Mn:F＝0.02:1.98:0.01，称取β
‑
MnO2、Al(OH)3和LiF，以去离子水为溶剂、PEG2000为乳化剂，在行星式球磨机中混合球磨6 h，制成均匀浆料；(2) 通过喷雾干燥机造粒，控制固液比为1:1.2，出风温度为120 ℃，进料速度为20 mL/min，然后于120 ℃下烘干；
(3) 在空气气氛中以500 ℃烧结6 h，冷却、粉碎并过筛得到掺杂的β
‑
MnO2；(4) 按摩尔比Li:Mn:Nb＝1.02:1.98:0.02，称取LiOH、Li2CO3、掺杂β
‑
MnO2和包覆剂Nb2O5，高能球磨3 h，得到锰酸锂前驱体；(5) 在空气气氛中以800 ℃高温烧结16 h，得到所述单晶锰酸锂正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料，其特征在于：化学通式为[Li
x
Al
a
Mn
b
(O4‑
c/2
F
c
)]
·
[N
d
O
e
]
f
，所述单晶锰酸锂包括锰酸锂内核Li
x
Al
a
Mn
b
(O4‑
c/2
F
c
)和N
d
O
e
包覆层；其中，1.00≤x≤1.05，0.001≤a≤0.050，1950≤b≤1.999，a+b=2，d和e满足N
d
O
e
化合价平衡，f＜0.1；N
d
O
e
选自La2O3、Y2O3、ZrO2、Cr2O3、ZnO、Bi2O3、TiO2、MgO、B2O3、Nb2O5和V2O5中的至少一种。2.如权利要求1所述的一种包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料，其特征在于：所述单晶锰酸锂的粒径D
50
为8 μm~12 μm。3.一种如权利要求1所述的包覆型Al、F共掺杂单晶锰酸锂正极材料，其特征在于，包括如下步骤：(1) 按化学计...

【专利技术属性】
技术研发人员：许泽辉，曹栋强，龚丽锋，郝晶淼，杨玉婷，
申请(专利权)人：安徽格派新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：