一种锰基正极材料及其在锂电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锰基正极材料及其在锂电池中的应用，属于电极材料技术领域。本发明专利技术主要包括以下步骤：S1制备Ti3C2粉末；S2制备碳量子点；S3制备复合材料；S4制备正极材料。本发明专利技术还提供了所述锰基正极材料在锂电池中的应用，其方法为：将所述锰基正极材料和粘结剂、导电剂混合浆化，并涂覆在集流体上，固化得到所述锂离子电池正极，再将其用于锂电池的制备。本发明专利技术采用湿法制备Ti3C2‑

【技术实现步骤摘要】
一种锰基正极材料及其在锂电池中的应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体涉及一种锰基正极材料及其在锂电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度等特性，已在便携式电子产品、电动汽车和储能电站等领域广泛应用。新一代的电子产品对锂离子电池的性能提出了更高要求，即锂离子电池在提升高能量密度的同时，还需具有高功率和长循环寿命的特性。锂离子电池的正极材料是实现其高能量密度的关键因素之一，市面上成熟应用的正极材料有钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、尖晶石锰酸锂和磷酸铁锂等。
[0003]相较于其他储能技术而言，锂离子电池的功率和能量密度高，发展至今己经在社会生活中的方方面面都成功得到了应用。正极材料的容量和能量密度是锂离子电池性能提升的短板，同时其成本对于总体生产成本的有效控制起着至关重要的作用。因此，对锂离子电池正极材料进行选择时应该考虑到：1)正极材料除了需要提供工作过程中可逆脱嵌的锂离子，还需要稳定的结构，在电化学反应过程中能够保持结构不被破坏，这样才能保证材料的循环性能和使用寿命；2)电池的工作电压主要由两电极间的电势差决定，正极材料只有保证其高电极电势才能确保电池的高输出电压；3)资源丰富，保证其能够长期有限的发展和应用而不会受限于其成本和储量问题；4)环境友好，满足绿色环保的能源发展要求。
[0004]虽然作为锂离子电池正极材料具有巨大潜力，但富锂锰基正极材料也存在诸多问题，如倍率性能差、首次库仑效率低及电压/容量衰减快等，限制了其工程化应用。材料主要失效机制包括晶格氧析出、过渡金属离子迁移、电极/电解液界面副反应等。离子掺杂、表面包覆和晶体结构调控等技术手段可显著改善富锂锰基正极材料的电化学性能。
[0005]中国专利CN 104466157 A公开了一种富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料的X射线衍射图谱中，布拉格角度在18.7
°
附近的衍射峰强度与布拉格角度在44.6
°
附近的衍射峰强度的比值为1.10～1.24。该专利技术还提供了所述富锂锰基正极材料的制备方法，将富锂锰基化合物与脱锂剂混合，在脱锂剂的作用下，富锂锰基化合物中的Li2MnO3脱除部分Li2O，得到富锂锰基正极材料。该专利技术的富锂锰基正极材料由于不可逆产物Li2O的减少使首次库伦效率提高，并且由于存在锂空位与氧空位，提高了倍率性能的同时也具有良好的循环性能。
[0006]中国专利CN 106299321 A公开了一种改性富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将富锂锰基正极材料分散在去离子水中，配制50～500g/L的富锂锰基正极材料分散液；(2)配制1～10g/L功能化石墨烯水溶液，用0.1～5mol/L的酸溶液调节pH值至3～6，所述功能化石墨烯表面带有正电荷；(3)将功能化石墨烯水溶液加入到富锂锰基正极材料分散液中，用0.1～5mol/L的盐酸调节体系pH值调节至4～9，置于50～80℃水浴中反应8～24h，将得到的反应产物进行喷雾干燥处理得到改性富锂锰基正极材料。这种改性富锂锰基正极材料具有较好的电化学性能。传统的改性方法如掺杂、包覆等可以一定程度上改善富
锂锰基正极材料的电化学性能，但大都是以牺牲部分容量为前提，性能改善单一。如何在保障锰基正极材料容量的情况下改善其首圈库伦效率、循环稳定性和倍率性能也是亟待解决的。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锰基正极材料及其在锂电池中的应用，技术方案如下：
[0008]一种锰基正极材料，采用如下方法制备：
[0009]S1制备Ti3C2粉末；
[0010]S2制备碳量子点；
[0011]S3制备复合材料；
[0012]S4制备正极材料。
[0013]进一步的，所述锰基正极材料，采用如下方法制备：
[0014]S1制备Ti3C2粉末：在磁力搅拌下，将Ti3AlC2加入到氢氟酸中，并在30～35℃下反应20～24h，反应后离心取固体产物，用水洗涤，收集沉淀真空干燥得到多层Ti3C2粉末备用；
[0015]S2制备碳量子点：取甘蔗渣干燥再粉碎，然后煅烧得到甘蔗渣碳材料，取甘蔗渣炭材料均匀分散于H2O2水溶液和冰醋酸的混合溶液中，超声处理，然后搅拌回流，再冷却至室温，过滤取液，旋涂蒸发再透析得到碳量子点；
[0016]S3制备复合材料：取步骤S1制备的Ti3C2粉末溶解于水中，充分混合并超声处理获得Ti3C2悬浮液，再加入步骤S2制备的碳量子点搅拌，然后干燥得到Ti3C2‑
碳量子点复合材料；
[0017]S4制备正极材料：取Mn(CH3COO)2·
4H2O、CH3COOLi
·
2H2O、LiF和NH4H2PO4，加入到水中搅拌，再喷雾干燥得到Li2MnPO4F前驱体，Li2MnPO4F前驱体在充满Ar气氛的管式炉中煅烧，冷却至室温后，即可得到Li2MnPO4F，将Li2MnPO4F和步骤S3制备得到的Ti3C2‑
碳量子点复合材料分散于无水乙醇中，超声处理再搅拌，风干后研磨，在Ar气氛下煅烧，冷却至室温后得到所述锰基正极材料。
[0018]具体的，所述锰基正极材料，采用如下方法制备：
[0019]S1制备Ti3C2粉末：在磁力搅拌下，将1～2重量份Ti3AlC2加入到20～30重量份氢氟酸中，并在30～35℃下反应20～24h，反应后离心取固体产物，用水洗涤直至滤液的pH为6～7，收集沉淀于60～70℃下真空干燥5～6h，得到多层Ti3C2粉末备用；
[0020]S2制备碳量子点：取2～4重量份甘蔗渣炭材料均匀分散于600～850重量份H2O2水溶液和冰醋酸的混合溶液中，于300～400W和45～55kHz下超声处理30～40min，在95～100℃下搅拌回流10～12h，再冷却至室温，过滤取液，旋涂蒸发至5～10重量份，再透析20～24h得到碳量子点；
[0021]S3制备复合材料：取步骤S1制备的Ti3C2粉末0.16～0.19重量份，溶解在20～25重量份水中，充分混合并于200～300W，25～30kHz下超声处理30～40min获得Ti3C2悬浮液，再于300～400rpm下搅拌2～3h后，加入100～120重量份步骤S2制备的碳量子点搅拌5～6h，然后于65～70℃下干燥10～15h得到Ti3C2‑
碳量子点复合材料；
[0022]S4制备正极材料：取4.9～5.1重量份Mn(CH3COO)2·
4H2O、2.7～3.0重量份
CH3COOLi
·
2H2O、0.8～0.95重量份LiF和2.3～2.4重量份NH4H2PO4，加入到20～28重量份水中，在80～85℃下于300～400rpm下搅拌7～8h，再于130～138℃下喷雾干燥得到Li2MnPO4F前驱体，Li2MnPO4F前驱体在充满Ar气氛的管式炉中在300～320℃下煅烧2～3h，然后在600～650℃下煅烧6～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰基正极材料，其特征在于，采用如下方法制备得到：S1制备Ti3C2粉末；S2制备碳量子点；S3制备复合材料；S4制备正极材料。2.如权利要求1所述的一种锰基正极材料，其特征在于，采用如下方法制备得到：S1制备Ti3C2粉末：将1～2重量份Ti3AlC2加入到20～30重量份氢氟酸中，并在30～35℃下反应20～24h，反应后离心取固体产物，用水洗涤直至滤液的pH为6～7，收集沉淀于60～70℃下真空干燥5～6h，得到多层Ti3C2粉末备用；S2制备碳量子点：取2～4重量份甘蔗渣炭材料均匀分散于600～850重量份H2O2水溶液和冰醋酸的混合溶液中，于300～400W和45～55kHz下超声处理30～40min，在95～100℃下搅拌回流10～12h，再冷却至室温，过滤取液，旋涂蒸发至5～10重量份，再透析20～24h得到碳量子点；S3制备复合材料：取步骤S1制备的Ti3C2粉末0.16～0.19重量份，溶解在20～25重量份水中，充分混合并于200～300W，25～30kHz下超声处理30～40min获得Ti3C2悬浮液，再于300～400rpm下搅拌2～3h后，加入100～120重量份步骤S2制备的碳量子点搅拌5～6h，然后于65～70℃下干燥10～15h得到Ti3C2‑
碳量子点复合材料；S4制备正极材料：取4.9～5.1重量份Mn(CH3COO)2·
4H2O、2.7～3.0重量份CH3COOLi
·
2H2O、0.8～0.95重量份LiF和2.3～2.4重量份NH4H2PO4，加入到20～28重量份水中，在80～85℃下于300～400rpm下搅拌7～8h，再于130～138℃下喷雾干燥得到Li2M...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴立，陈吉，李红，杨海秀，王云，刘迪华，刘海鹏，梁波，陶涛，
申请(专利权)人：广东比沃新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：