一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及电池材料的技术领域，公开了一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用，本发明专利技术通过烧结与过筛制备球形的预制锰酸锂，并将预制锰酸锂与氧化铝烧结与过筛，以得到锰酸锂复合材料，锰酸锂复合材料的结构包括呈球形外形的锰酸锂主体内核，以及包覆主体内核设置的氧化铝包覆层，球形的锰酸锂能够从晶体结构上减少Jahn

【技术实现步骤摘要】
一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锰酸锂作为新兴的锂离子电池正极材料之一，其具资源丰富、稳定性好、成本低、无污染、工作电压高等优点。其结构包括：尖晶石结构、正交晶系结构、锰结核结构、纳米二氧化锰等类型，其中尖晶石型LiMn2O4系列材料将是下一代锂离子电池最有希望的正极材料之一。
[0003]目前有关LiMn2O4系列正极的研究主要集中在以下两个方面：一是改进合成方法和条件以期获得高容量和良好稳定性的材料；二是针对LiMn2O4本身不稳定引起的电化学性能上的缺陷来进行掺杂、表面修饰及电解液成分的优化等。
[0004]LiMn2O4虽然具有较好的应用前景，但阻碍其商业化应用的主要原因是在高温下充／放电容量衰减快，结构不稳定。目前，引起其高温容量衰减的主要原因尚不十分明确，主要有以下几种解释： （1）Mn的溶解，尖晶石LiMn2O4中Mn的溶解导致尖晶石中的晶格产生缺陷使得晶体结构无序化，阻塞了锂离子的嵌入—脱嵌通道，影响到锂离子在其中的扩散，造成了LiMn2O4在循环过程中容量下降。（2）Jahn
‑
Teller效应是引起LiMn2O4正极材料容量衰减的另一主要原因，Jahn
‑
Teller效应造成了LiMn2O4晶体膨胀，产生异晶扭曲，造成尖晶石中阳离子的位置混乱度加大，锂离子的嵌入—脱嵌变得不可逆，从而导致晶体结构不稳定，表面产生裂缝，进而使电解液接触到的Mn3+增多．加大了Mn3+的歧化溶解，最终导致电池容量衰减。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用，旨在解决现有技术中锰酸锂在高温下充放电容量衰减快，结构不稳定问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，本专利技术提供一种锰酸锂复合材料的制备方法，包括：S1：向硫酸锰溶液中滴加碳酸钠溶液，通过搅拌生成碳酸锰；所述硫酸锰溶液的浓度为0.9
‑
1.1mol/L，所述碳酸钠溶液的浓度为1.8
‑
2.2mol/L，搅拌的时间为4
‑
5h，搅拌的强度为100
‑
200r/min；S2：将所述碳酸锰与锰源和锂源混合，并进行干燥和煅烧，以得到一次烧结产物；所述碳酸锰、所述锰源以及所述锂源的质量比为1:1:20，烧结温度为350℃
‑
800℃，烧结时间为1h
‑
2h；S3：令所述一次烧结产物自然冷却，对冷却后的所述一次烧结产物进行过筛，以得到预制锰酸锂；S4：将所述预制锰酸锂与氧化铝混合，并进行干燥和煅烧，以得到二次烧结产物；所述预制锰酸锂的质量为所述氧化铝的质量的450
‑
550倍，烧结温度为450℃
‑
800℃，烧结时间为4h
‑
12h；
S5：令所述二次烧结产物自然冷却，对冷却后的所述二次烧结产物进行过筛，以得到锰酸锂复合材料。
[0007]在一些实施例中，所述S1中的化学体系反应温度为28
‑
32℃。
[0008]在一些实施例中，所述陈化时间为10
‑
12h。
[0009]在一些实施例中，所述锰源为粉末状的锰单质，所述锂源为粉末状的锂单质。
[0010]在一些实施例中，所述S2和所述S4中的混合采用行星球磨机进行。
[0011]在一些实施例中，所述S2和所述S4中的煅烧采用马弗炉进行。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种锰酸锂复合材料，采用第一方面任一项所述的一种锰酸锂复合材料的制备方法制成，包括：主体内核和包覆层；所述包覆层包覆所述主体内核设置。
[0013]在一些实施例中，所述主体内核为球形的锰酸锂。
[0014]在一些实施例中，所述包覆层为氧化铝。
[0015]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，采用第二方面任一项所述的一种锰酸锂复合材料。
[0016]本专利技术提供了一种锰酸锂复合材料的制备方法及应用，具有以下有益效果：1、本专利技术通过烧结与过筛制备球形的预制锰酸锂，并将预制锰酸锂与氧化铝烧结与过筛，以得到锰酸锂复合材料，锰酸锂复合材料的结构包括呈球形外形的锰酸锂主体内核，以及包覆主体内核设置的氧化铝包覆层，球形的锰酸锂能够从晶体结构上减少Jahn
‑
Teller效应对锰酸锂正极材料容量衰减，并且氧化铝包覆层能够阻止锰的溶解，进一步提高锰酸锂的性能，解决了现有技术中锰酸锂在高温下充放电容量衰减快，结构不稳定的问题。
[0017]2、本专利技术提供的制备方法步骤简单、效率高，制得的产物结构稳定，表面相容性好，成本低。
[0018]3、本专利技术制得的预制锰酸锂首次放电比容量与非球形LiMn2O4首次放电质量比容量(129.28mAh/g)相近，但100次充放电循环后，球形LiMn2O4放电质量比容量明显高于非球形LiMn2O4放电质量比容量，并且通过氧化铝包覆锰酸锂的进一步提高循环性能将循环周期，从内核结构以及外部包覆双管齐下解决锰的溶解的问题，可以减弱Jahn
‑
Teller效应导致电池容量衰减可将循环做到1100周。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种锰酸锂复合材料的制备方法的步骤流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的球形预制锰酸锂与传统锰酸锂材料的性能对比图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述
中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0022]以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。
[0023]参照图1、图2所示，为本专利技术提供较佳实施例。
[0024]第一方面，本专利技术提供一种锰酸锂复合材料的制备方法，包括：S1：向硫酸锰溶液中滴加碳酸钠溶液，通过搅拌生成碳酸锰。
[0025]具体地，化学沉淀法是向废水中投加化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解污染物的目的。
[0026]更具体地，向硫酸锰溶液中加入碳酸钠溶液，可以令硫酸锰与碳酸钠反应生成碳酸锰，由于碳酸锰难溶于水，因此将会从溶液中析出。
[0027]更具体地，在本步骤中加入碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括：S1：向硫酸锰溶液中滴加碳酸钠溶液，通过搅拌生成碳酸锰；所述硫酸锰溶液的浓度为0.9
‑
1.1mol/L，所述碳酸钠溶液的浓度为1.8
‑
2.2mol/L，搅拌的时间为4
‑
5h，搅拌的强度为100
‑
200r/min；S2：将所述碳酸锰与锰源和锂源混合，并进行干燥和煅烧，以得到一次烧结产物；所述碳酸锰、所述锰源以及所述锂源的质量比为1:1:20，烧结温度为350℃
‑
800℃，烧结时间为1h
‑
2h；S3：令所述一次烧结产物自然冷却，对冷却后的所述一次烧结产物进行过筛，以得到预制锰酸锂；S4：将所述预制锰酸锂与氧化铝混合，并进行干燥和煅烧，以得到二次烧结产物；所述预制锰酸锂的质量为所述氧化铝的质量的450
‑
550倍，烧结温度为450℃
‑
800℃，烧结时间为4h
‑
12h；S5：令所述二次烧结产物自然冷却，对冷却后的所述二次烧结产物进行过筛，以得到锰酸锂复合材料。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：司徒白雪，金晶，李良，柏鑫焱，
申请(专利权)人：深圳中芯能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：