一种铁氟掺杂锰酸锂纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铁氟掺杂锰酸锂纳米材料及其制备和应用

【技术实现步骤摘要】
一种铁氟掺杂锰酸锂纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料及其制备方法，以及涉及铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料作为锂离子电池的正极材料的应用，属于电池材料

。

技术介绍

[0002]近年来，随着能源使用的不断深化，储能技术在能源储存与能源合理利用等方面有着至关重要的作用
。
随着新能源技术的发展，离子电池作为优秀的储能器件而得到了广泛地研究
。
[0003]在各种离子电池储能材料中，锂离子电池正极材料尖晶石型
LiMn2O4具有安全性能高
、
环境友好以及锰资源丰富价格低廉等优点，被认为是最具潜力的正极材料之一
。
但尖晶石型
LiMn2O4在充放电过程中容量保持率有待提升，导致
LiMn2O4性能较差的原因主要是
Jahn
‑
teller
畸变，锰的溶解与氧缺陷
。
研究表明，阳离子与阴离子共掺杂既能够稳定晶体结构，抑制
Jahn
‑
Teller
畸变，同时能提升材料的比容量和循环性能
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料，化学式为
LiFe
x
Mn
(2
‑
x)
F
y
O
(4
‑
y)
，
x
的范围为：
0.1
～
0.9
；
y
的范围为：
0.2
～
1.9。
铁离子的掺杂减少了三价锰的浓度，一定程度上抑制了
Jahn
‑
teller
效应，减少了结构坍塌的可能性
。
由于氟的电子亲和能比氧大，故锰氟键比锰氧键更强，氟掺杂有稳定晶体结构的重要作用
。
[0005]本专利技术还发现高掺杂比低掺杂具有明显的性能优势
。
就阴离子而言，氟的电负性较大，适度的高掺杂可以更好的使锂离子通道扩张，有助于载流子的高效传递与锂离子的储存，过低的阴离子掺杂就无法很好地达到扩张锂离子通道的目的，但过高的掺杂量会影响材料的稳定性
。
就阳离子而言，铁离子可以有效混合于锰离子中，缓解锰离子姜泰勒效应产生的晶格畸变积累导致的结构问题，过少的掺杂量无法满足限制晶格畸变的要求，过多的掺杂则会直接影响材料的稳定性
。
另一方面，阴离子掺杂需选择与氧离子半径相近的取代元素而非任意阴离子；例如，掺杂氯和碘会影响材料的循环稳定性，而氟离子掺杂则能很好的提升材料性能
。
[0006]本专利技术的第二个目的是提供上述铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料的制备方法
。
该方法具有工艺简单，成本低，具有工业化生产的潜力，通过二次烧结法可以制备出结晶性良好的锰酸锂纳米材料
。
[0007]所述的铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料的制备方法如下：将锂盐，锰盐，铁盐与氟化物混合焙烧制成前驱体后，将前驱体进行二次烧结即可得到铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料
。
掺杂的铁和氟来源包括为制备前驱体时加入的铁盐与氟化物
。
[0008]本专利技术掺杂的氟与铁元素来源是制备前驱体时加入的铁盐与氟化物或其他混合物中含有的铁氟元素，在掺杂比例计算中需要统一计算
。
[0009]进一步地，
[0010]所述锂盐包括醋酸锂
、
碳酸锂中的至少一种
。
[0011]所述锰盐包括醋酸锰
、
碳酸锰中的至少一种
。
[0012]进一步地，
[0013]铁盐包括醋酸亚铁
、
碳酸亚铁中的至少一种；氟化物为氟化锂
、
氟化锰中的至少一种
。
[0014]所述锂盐，锰盐，铁盐与氟化物混合的过程中，应依据原材料的选择及混合量选择合适的混合方式，若使用了含有结晶水醋酸盐，则可能导致混合物较为粘稠，此时仅需简单手动研磨混合均匀即可
。
[0015]进一步地，
[0016]所述前驱体制备时的烧结温度为
200
～
800℃
，进一步优选为
350
～
450℃
，时间为
0.5
～
5h
，进一步优选为
0.5
～
2h
，升温速率为3～
7℃/min
，进一步优选为4～
6℃/min
，第一步烧结温度过低或时间过短会导致反应不充分，无法使醋酸盐与碳酸盐完全分解；温度过高或时间过长除浪费资源外，在难以混匀混合物的情况下，可能会导致不均匀产物的生成，影响材料性能
。
[0017]进一步地，
[0018]在得到前驱体并研磨均匀后，所述铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料的烧结温度为
400
～
900℃
，进一步优选为
550
～
650℃
，时间为2～
6h
，进一步优选为
2.5
～
3.5h
，升温速率为3～
7℃/min
，进一步优选为4～
6℃/min
，过低的烧结温度与过短的烧结时间都无法保证铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料的正常合成，温度过高或时间过长则有可能导致材料结构的变化与资源浪费
。
[0019]进一步地，
[0020]将二次烧结后的产物进行研磨即可得到铁氟高掺杂锰酸锂纳米材料
。
[0021]作为一个优选的方案，本专利技术提供的一种氟高掺杂锰酸锂纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0022]1)
按照既定的
LiFe
x
Mn
(2
‑
x)
F
y
O
(4
‑
y)
(0.1<x<0.9,0.2<y<1.9)
比例称取锂盐，锰盐，铁盐与氟化物，混合研磨均匀
。
[0023]2)
将混合物置于烧舟中，使用马弗炉进行焙烧，升温速率为4～
6℃/min
，温度上升至
350
～
450℃
，保温
0.5
～
2h
，研磨均匀即可得到前驱体材料
。
[0024]3)
将前驱体材料置于烧舟中，使用马弗炉进行二次焙烧，升温速率为4～
6℃/min
，温度上升至
550
～
650℃
，保温...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁氟掺杂锰酸锂纳米材料，其特征在于，化学式为
LiFe
x
Mn
(2
‑
x)
F
y
O
(4
‑
y)
，
x
的范围为：
0.1
～
0.9
；
y
的范围为：
0.2
～
1.9。2.
权利要求1所述的铁氟掺杂锰酸锂纳米材料的制备方法，其特征在于，将锂盐，锰盐，铁盐与氟化物混合焙烧制成前驱体后，再进行二次烧结得到铁氟掺杂锰酸锂纳米材料
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述锂盐包括醋酸锂
、
碳酸锂中的至少一种；所述锰盐包括醋酸锰
、
碳酸锰中的至少一种；所述铁盐包括醋酸亚铁
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丽琼，
申请(专利权)人：长沙合宇科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：