一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法與流程
2023-05-03 19:12:31 1
本發明涉及一種正極材料製備方法，具體涉及一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法.。
背景技術：
錳基正極材料具有價格低，綠色無汙染等優點，是鋰離子電池的研究重點。在錳基正極材料中，研究得較多的有尖晶石li2mno3、層狀limno2和層狀固溶體正極材料，純的富鋰錳酸鋰li2mno3亦可表示為li(li1/3mn2/3)o2，具有層狀結構，li出現在過渡金屬層中，與mn(按照li：mn＝1：2)形成了超點陣的結構，由於其中的mn已為+4價，在正常的充放電範圍內(2.0-4.4v)，mn4+很難再繼續升價，li2mno3呈現出非電化學活性。但當充放電的範圍擴展為2.0-4.8v時，li2mno3可表現出電活性，但在首次充電時，o伴隨著li+一起脫出，li2mno3的理論比容量可達到438mah/g，且具有良好的熱穩定性，但由於充放電機理特殊，材料首次不可逆容量大，循環性能較差，導電性和倍率性能差，不適合單獨使用，因此有待進一步的改進。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足而提供一種高效的長壽命、高循環動力型錳酸鋰正極材料的製備方法。
本發明提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)將濃度為0.05mol/l～3mol/l錳鹽的水溶液和濃度為2mol/l～8mol/l的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應15min，分離、洗滌、乾燥後得到球形碳酸錳；
(2)將步驟(1)中所得球形碳酸錳分散於水中得到分散液，向所述分散液中滴加濃度為3mol/l的高錳酸鉀溶液，攪拌1～3min滴加稀酸，反應1～3min，分離、洗滌、乾燥後得到球形二氧化錳；
(3)將球形二氧化錳於氫氧化鋰混合進行焙燒，得到li2mno4；
(4)將步驟(3)中所得到li2mno4加入到氯化錳溶液中，攪拌均勻，同時加入al2o3、sc2o3和ceo2粉末，並攪拌均勻，烘乾得到前驅體產物，
(5)將步驟(4)中得到的前驅體體產物進行燒結得到改性富鋰錳酸鋰正極材料。
進一步地，步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料符合化學式：步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料符合化學式：li2(mnwalzscycex)o4，其中6w+4x+3y+3z＝6。
本發明的有益效果在於：
本發明提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法具有高效、快速、節能的特點，且通過該合成方法合成的改性富鋰錳酸鋰正極材料具有容量高、高溫穩定、循環性能好、壓實密度高、充電速度快等優點，且該方法工藝簡單、環境友好、適合大批量工業產生。
具體實施方式
下面具體闡明本發明的實施方式，僅供參考和說明使用，不構成對本發明專利保護範圍的限制。
實施例1
本實施例提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)將濃度為0.05mol/l～3mol/l錳鹽的水溶液和濃度為2mol/l～8mol/l的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應15min，分離、洗滌、乾燥後得到球形碳酸錳；
(2)將步驟(1)中所得球形碳酸錳分散於水中得到分散液，向所述分散液中滴加濃度為3mol/l的高錳酸鉀溶液，攪拌1～3min滴加稀酸，反應1～3min，分離、洗滌、乾燥後得到球形二氧化錳；
(3)將球形二氧化錳於氫氧化鋰混合進行焙燒，得到li2mno4；
(4)將步驟(3)中所得到li2mno4加入到氯化錳溶液中，攪拌均勻，同時加入al2o3、sc2o3和ceo2粉末，並攪拌均勻，烘乾得到前驅體產物，
(5)將步驟(4)中得到的前驅體體產物進行燒結得到改性富鋰錳酸鋰正極材料。
本實施例中，步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料符合化學式：步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料li2(mn0.5al0.1sc0.1ce0.6)o4。
測試結果表明，在充放電電壓2.0-4.75v，充放電倍率為0.5c條件下，首次放電比容量為220mah/g，循環500次容量保持率達80％；
在充放電倍率為1c的條件下，首次放電比容量為210mah/g，循環500次容量保持率達81％；
在充放電倍率為4c的條件下，首次放電比容量為205mah/g，循環500次容量保持率達78％。
實施例2
本實施例提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)將濃度為0.05mol/l～3mol/l錳鹽的水溶液和濃度為2mol/l～8mol/l的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應15min，分離、洗滌、乾燥後得到球形碳酸錳；
(2)將步驟(1)中所得球形碳酸錳分散於水中得到分散液，向所述分散液中滴加濃度為3mol/l的高錳酸鉀溶液，攪拌1～3min滴加稀酸，反應1～3min，分離、洗滌、乾燥後得到球形二氧化錳；
(3)將球形二氧化錳於氫氧化鋰混合進行焙燒，得到li2mno4；
(4)將步驟(3)中所得到li2mno4加入到氯化錳溶液中，攪拌均勻，同時加入al2o3、sc2o3和ceo2粉末，並攪拌均勻，烘乾得到前驅體產物，
(5)將步驟(4)中得到的前驅體體產物進行燒結得到改性富鋰錳酸鋰正極材料。
本實施例中，步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料符合化學式：步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料li2(mn0.5al0.2sc0.2ce0.45)o4。
測試結果表明，在充放電電壓2.0-4.75v，充放電倍率為0.5c條件下，首次放電比容量為300mah/g，循環500次容量保持率達95％；
在充放電倍率為1c的條件下，首次放電比容量為280mah/g，循環500次容量保持率達81％；
在充放電倍率為4c的條件下，首次放電比容量為260mah/g，循環500次容量保持率達78％。
實施例3
本實施例提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)將濃度為0.05mol/l～3mol/l錳鹽的水溶液和濃度為2mol/l～8mol/l的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應15min，分離、洗滌、乾燥後得到球形碳酸錳；
(2)將步驟(1)中所得球形碳酸錳分散於水中得到分散液，向所述分散液中滴加濃度為3mol/l的高錳酸鉀溶液，攪拌1～3min滴加稀酸，反應1～3min，分離、洗滌、乾燥後得到球形二氧化錳；
(3)將球形二氧化錳於氫氧化鋰混合進行焙燒，得到li2mno4；
(4)將步驟(3)中所得到li2mno4加入到氯化錳溶液中，攪拌均勻，同時加入al2o3、sc2o3和ceo2粉末，並攪拌均勻，烘乾得到前驅體產物，
(5)將步驟(4)中得到的前驅體體產物進行燒結得到改性富鋰錳酸鋰正極材料。
本實施例中，步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料符合化學式：步驟(4)中得到的改性富鋰錳酸鋰正極材料li2(mn0.5al0.3sc0.3ce0.3)o4。
測試結果表明，在充放電電壓2.0-4.75v，充放電倍率為0.5c條件下，首次放電比容量為350mah/g，循環500次容量保持率達96％；
在充放電倍率為1c的條件下，首次放電比容量為330mah/g，循環500次容量保持率達94％；
在充放電倍率為4c的條件下，首次放電比容量為300mah/g，循環500次容量保持率達790％。
本發明提供一種高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料的製備方法具有高效、快速、節能的特點，且通過該合成方法合成的高循環、高電壓改性富鋰錳酸鋰正極材料具有容量高、高溫穩定、循環性能好、壓實密度高、充電速度快等優點。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。