[发明专利]一种掺杂改性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池正极材料制备领域，尤其涉及一种掺杂改性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为便携式电子设备、电动工具及电动汽车重要的能量存储装置，具有功率密度高、比能量高、循环寿命长等优点。而正极材料是锂离子电池中一个重要的组成部分，目前正极材料研究较为活跃的集中在层状化合物LiMO₂(Ni、Mn、Co)、尖晶石型结构的LiMn₂O₄及橄榄石型的LiFePO₄。

层状LiCoO₂作为锂离子电池的正极材料具有放电容量高、循环性能好及工作电压稳定等优点，而且其合成工艺简单，循环性能比其他正极材料好。目前已被广泛用作手机、笔记本电脑及电动汽车等用电池的正极。然而，由于钴资源储量有限，LiCoO₂成本相对较高，且钴对环境也有一定影响，因而开发LiCoO₂的替代产品就成为近年来电池界的一个研究热点。

LiNiO₂具有和LiCO₂相同的空间结构，实际容量为190-210mAh/g，但该材料的缺陷在于：(1)其循环性能和热稳定性较差，工作电压低；(2)我们很难在实验中得到化学计量比的LiNiO₂，而且发现Li原子和Ni原子发生错排现象，在Li层中出现少量的Ni原子；(3)当Li脱出后形成的缺Li化合物不够稳定，容易发生结构坍塌。而层状LiMnO₂在充放电过程中易转变为尖晶石结构而限制了其发展。

橄榄石型的LiFePO₄也是一种很有发展前途的锂离子电池正极材料，它的优点有：理论容量高(170mAh/g)、充放电平台平稳、循环性能稳定、热稳定性高、对环境无污染等，而且其原材料来源丰富并且成本较低，非常适合大规模的工业化生产，但是其电导率低是制约其发展的主要因素。

尖晶石型LiMn₂O₄是一种极具发展前景的锂离子电池正极材料，具有成本低、放电平台高、安全性好、毒性低、易回收、无环境污染等优点，尖晶石LiMn₂O₄结构上属空间群，由氧原子作立方密堆积组成，锂离子占据四面体8a位置，锰离子占据八面体16d位置，具有三维隧道结构，在充放电过程中有利于锂离子的插入和脱出.。其中LiMn₂O₄具有成本低、安全性好、无环境污染等优点。

但是循环过程中的容量衰减限制了其在锂离子电池中的广泛商业化应用，其容量衰减可能是由以下原因引起的：(1)Mn³⁺的溶解；(2)Jahn-Teller效应；(3)电解液的分解。为了提高尖晶石型锰酸锂的循环稳定性，许多研究者研究了掺杂金属元素Co、Ni、Fe及Al等部分取代的锂锰氧。部分锰元素被其他掺杂金属元素取代后提高了尖晶石的结构稳定性，抑制了充放电过程中的容量衰减。但是掺杂掺杂金属元素后在形成尖晶石型锰酸锂的过程中由于发生的化学反应更加复杂，金属键断裂以及离子键的形成会增加反应时间，而且一旦操作不当会导致金属元素的掺杂不均匀，致使最终产品性能不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种掺杂改性尖晶石型锰酸锂的制备方法，制备时间短，制备温度较低，制备的产品性能稳定。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种尖晶石型锰酸锂的制备方法，包括：

将锂源化合物、锰源化合物、掺杂金属盐和焙烧促进剂混合，得到混合物；

焙烧所述混合物，得到掺杂改性的尖晶石型锰酸锂；

其中，所述焙烧促进剂包括：乙炔黑、活性炭粉、焦炭粉和木炭粉中的一种或多种。

优选的，所述负载有锂源化合物、锰源化合物及掺杂金属盐的碳颗粒的焙烧温度为600℃～1000℃。

优选的，所述负载有锂源化合物、锰源化合物及掺杂金属盐的碳颗粒的焙烧温度为750℃～850℃。

优选的，在焙烧之前还包括：

将所述混合物在60～90℃下干燥。

优选的，所述掺杂金属盐优选为Co、Fe、Cr、Al、Mg、Zn、Ce、Ni、Se、Ti的硝酸盐、盐酸盐和碳酸盐中的一种或多种。

优选的，所述掺杂金属盐为AlCl₃、Co(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂。