本发明专利技术公开了一种铝掺杂的尖晶石锰基材料及其制备方法，该方法包括：分别将配置好的锰源化合物溶液或镍源化合物、铝盐化合物溶液与沉淀剂溶液以0.5~2L/h的流速打入反应器中，搅拌下控制体系pH值7~8.5和加热温度30℃~60℃，加料结束后熟化10~20h，得到球形的沉淀前驱体，洗涤，干燥；将干燥后的沉淀前驱体在600~900℃下煅烧5~20h得到氧化物；将氧化物与锂源化合物按化学计量比锂源化合物过量1~10%的比例充分混合后在600~900℃下煅烧5h~20h得到改性的尖晶石锰基材料。本发明专利技术提供的方法有效改善前驱体的形貌以及Al元素的分布均匀性；合理的高温煅烧温度以及掺杂比例大大提高了铝掺杂的尖晶石锰基材料的结构稳定性，提高了材料的循环性能和高低温性能；而且工艺简单，重复性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子正极材料，具体涉及一种铝掺杂的尖晶石猛基材料的制备方法。
技术介绍
Li-Mn-O尖晶石锰基材料由于具有三维的锂离子通道，稳定的热力学性能，被认为是具有良好应用前景的锂离子电池正极材料。而其衍生的LiMxMn2_x04 (M=Cr,Co,Fe,Ni等) 材料在4. 5V以上存在一个高电压平台，具有更高的能量密度，也引起了人们的广泛关注。 其中Li-Ni-Mn-O尖晶石锰基材料由于具有4. 7V的电压平台，较高的放电比容量成为高电压材料研究的热点。但是Li-Mn-O和Li-Ni-Mn-O这类尖晶石锰基材料在实际应用中均存在一定的局限性，主要表现为循环稳定性差。因此提高尖晶石锰基材料的结构稳定性，改善其电化学界面特性和循环性能，成为了目前工作者研究的重点。其中掺杂改性尖晶石锰基材料成为了目前研究的一个重要方面。掺杂主要是用其它过渡金属元素(如Fe、Cu等)或者非过渡金属元素(如Mg、Al等) 取代部分Ni或者Mn，起到改变或者稳定材料结构的作用。选择金属离子进行掺杂时主要考虑的因素有掺杂锂离子的晶格能大小以及离子半径的大小。目前，研究较多掺杂元素主要有Al、Cr、Ga、Ti、Ge、Fe、Co、Zn、Ni、Mg等。其中Al3+ 的半径(O. 535A)与Mn3+的半径(O. 65A)或是Ni2+(0. 69 A)的半径接近。同时，Al-O键键能远远大于Mn-O键和Ni-O键的键能，有利于提高材料结构的稳定性，因此Al元素成为改性锰酸锂材料广泛应用的掺杂元素。对于掺杂改性的材料，掺杂的均匀性成为其考察的一个重要方面。当掺杂均匀性较差时，可能会引入杂相，甚至会影响材料的电化学性能。目前，传统合成尖晶石锰基材料的方法主要为固相合成法。固相合成法简单易行，成本低，但是当金属元素通过固相混合掺入时，容易由于混合不均匀导致掺杂不均匀，从而影响材料的电化学性能。而采用液相法合成材料，可以实现原子级的混合，同时能有效的控制颗粒粒度，更有利于合成出掺杂均匀的材料。但是对于Al掺杂的锰酸锂材料，当采用共沉淀法合成前驱体时，由于Al (OH)3的溶度积远远小于MnCO3的溶度积，沉淀速度的巨大差异很容易造成沉淀不均匀，从而无法达到掺杂元素均匀混合的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的方法。通过控制 Al(OH)3的沉淀速度来实现Al元素的均匀掺杂，从而合成出具有优异电化学性能的尖晶石锰基电极材料。为达到上述目的，本专利技术提供了一种铝掺杂的尖晶石锰基材料的制备方法，该方法包含如下步骤步骤1，原料溶液配制取锰源化合物或镍源化合物，采用去离子水配制成浓度为O.5^2mol/L的溶液；取铝盐化合物，以及螯合剂，按I: f I. 2的摩尔数比例混合后溶于乙醇溶液中，配制成浓度为O. Γ0. 8mol/L的铝盐化合物溶液；取沉淀剂，采用去离子水配制成浓度为O. 5^2mol/L的溶液；优选地，所述的锰源化合物或镍源化合物、铝盐化合物、螯合剂及沉淀剂的工业级含量均大于99. 5% ；步骤2，共沉淀法制备前驱体分别将锰源化合物溶液或镍源化合物溶液、铝盐化合物溶液与沉淀剂溶液分别按化学计量比例(也就是说，锰源化合物溶液或镍源化合物溶液、沉淀剂的用量以锰离子或镍离子与沉淀剂的阴离子形成沉淀物的化学式来计量比例，而铝盐化合物的量以铝元素在该沉淀中的掺杂程度来计量)，以O. 5 2L/h的流速打入反应器中，搅拌条件下通过调控溶液的流速来控制体系的PH值疒8. 5，加热并控制温度30°C飞0°C，加料结束后熟化l(T20h，得到球形的沉淀前驱体；用去离子水洗涤沉淀物2 3次，过滤干燥后最终得到前驱体；步骤3，制备金属氧化物将制备的前驱体在60(T900°C下煅烧5 20h得到Mn-Al-O氧化物或Ni-Mn-Al-O氧化物；步骤4，干混将步骤3中制备的氧化物与锂源化合物按化学计量比锂源化合物过量 Γ10%的比例投入干混机中混合；步骤5，烧结将步骤4中得到的混合物在高温炉中60(T900°C下煅烧5tT20h，得到Al 惨杂的尖晶石猛基材料。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的锰源化合物为硫酸锰、硝酸锰和醋酸锰中的任意一种及以上。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的镍源化合物为硫酸镍、硝酸镍和醋酸镍中的任意一种及以上。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂或醋酸锂中的任意一种及以上。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的沉淀剂为碳酸钠、 氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、氨水中的任意一种及以上。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的铝盐化合物为异丙醇铝、叔丁醇铝、仲丁醇铝等相关的醇铝化合物中的任意一种及以上。上述的铝掺杂的改性尖晶石锰基材料的制备方法，其中，所述的螯合剂为乙酰丙酮或乙酰乙酸。本专利技术还提供了一种铝掺杂的尖晶石锰基材料，该材料是采用含有金属元素Al 的化合物，对尖晶石锰基材料进行掺杂改性后的改性后锰基材料；其中，Al元素单独取代金属元素Mn或Ni，或者共同取代金属元素Mn和Ni ;该改性后锰基材料的分子式为 Liri !Mn2^AlxO4 (O. 02 ^ x ^ O. 2), Liri. ^i0.5_xMnL 5A1X04 (O. 02 ^ x ^ O. 2), LirhlNia5Mnh5 _χΑ1χ04(0· 02 彡 X 彡 O. 2)或 LirhlNi0.M5xMnna5xAlxO4 (O. 02 彡 χ 彡 O. 2)。本专利技术主要针对铝掺杂的尖晶石锰基材料共沉淀合成过程中由于沉淀速度差异大，导致掺杂不均匀从而影响材料电化学性能的缺点，提出了一种采用新设计的铝盐溶液来制备改性的尖晶石锰基材料的方法。本专利技术中的铝盐溶液利用了螯合剂对醇铝化合物的螯合作用，减小了其沉淀的速度，从而有利于控制前驱体的形貌，并提高Al元素分布的均匀性，从而有利于合成出具有优异电化学性能的尖晶石锰基电极材料。本专利技术的改性尖晶石锰基材料及其制备方法，相比于现有的技术具有以下积极意乂 (I)本专利技术巧妙利用了螯合剂的螯合作用，采用新设计的铝盐溶液，有效的控制了 Al 的沉淀速度，有效改善前驱体的形貌以及Al元素的分布均匀性。(2)本专利技术中Al元素与金属元素Mn或Ni为原子级别的混合，合理的高温煅烧温度以及掺杂比例大大提高了材料的结构稳定性，提高了材料的循环性能和高低温性能。(3)本专利技术提供的制备方法工艺简单，重复性好。附图说明图I是本专利技术的实施例I制备的Lihtl5Alah5Mnu5O4材料的扫描电镜(SEM)图。图2是本专利技术的实施例I制备的Li1.Cl5AlaUMk85O4材料沉淀前驱体(Mna 925Alatl75) CO3的扫描电镜(SEM)图。图3是本专利技术的实施例I制备的Lil. 05Al0.L5MnL8504材料的循环性能图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例I将MnSO4 ·Η20溶于去离子水中，配成2mol/L的溶液。以无水Na2CO3为沉淀剂，溶于去离子水配成2mol/L的溶液。采用蠕动泵分别将MnSO4溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝掺杂的尖晶石锰基材料的制备方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：步骤1，原料溶液配制：取锰源化合物或镍源化合物，采用去离子水配制成浓度为0.5~2mol/L的溶液；取铝盐化合物，以及螯合剂，按1:1~1.2的摩尔数比例混合后溶于乙醇溶液中，配制成浓度为0.1~0.8mol/L的铝盐化合物溶液；取沉淀剂，采用去离子水配制成浓度为0.5~2mol/L的溶液；步骤2，共沉淀法制备前驱体：将锰源化合物溶液或镍源化合物溶液、铝盐化合物溶液与沉淀剂溶液分别按化学计量比例，以0.5~2L/h的流速打入反应器中，搅拌条件下通过调控溶液的流速来控制体系的pH值7~8.5，加热并控制温度30℃~60℃，加料结束后熟化10~20h，得到球形的沉淀前驱体；用去离子水洗涤沉淀物2~3次，过滤干燥后最终得到前驱体；步骤3，制备金属氧化物：？将制备的前驱体在600~900℃下煅烧5~20h得到Mn？Al？O氧化物或Ni？Mn？Al？O氧化物；步骤4，干混：将步骤3中制备的氧化物与锂源化合物按化学计量比锂源化合物过量1~10%的比例投入干混机中混合；步骤5，烧结：将步骤4中得到的混合物在高温炉中600~900℃下煅烧5h~20h，得到Al掺杂的尖晶石锰基材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗英，解晶莹，冯毅，顾海涛，汤卫平，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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