[发明专利]一种锂离子电池用硼、铝掺杂锰酸锂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用硼、铝掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备硼、铝掺杂锰酸锂前躯体；(2)制备介孔碳；(3)将上述介孔碳和上述前躯体机械混合，经球磨混合均匀后在管式炉中于氦气气氛下煅烧，得到多孔碳包覆的硼、铝掺杂锰酸锂复合材料。本发明制备的锂离子电池用硼、铝掺杂的锰酸锂复合材料，采用了硼和铝对锰酸锂进行改性，提高了材料的循环稳定性，还采用了特定工艺制备的介孔碳硅对掺杂硼、铝的锰酸锂进行了烧结包覆，使得材料的导电性提高，因此该复合材料在用于锂离子电池时，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

所属技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用硼、铝掺杂锰酸锂复合材料的制备方法。

背景技术

随着科技的进步，人们对可移动能源的需求越来越强烈，特别是对于纯电动交通工具的要求随着石油及环境危机的加剧而不断加强。目前能否突破价格低廉、安全、环境友好、性能优越的二次化学电源技术已是制约纯电动交通工具发展的瓶颈。锂离子电池自上世纪90年代初问世以来，因其高能量密度，良好的循环性能及荷电保持能力被认为是高容量大功率电池的理想之选。尽管LiCoO2/C系锂离子电池已在移动通讯、手提电脑及摄录相机等便携式电器上得到应用，但钻资源的匮乏及其昂贵的价格限制了该电池体系在固定调峰电源及电动车等动力电源方面的推广。然而LiMn2O4/C体系则具有价格上的绝对优势，此外其高安全性、高电压、低污染等特性更赢得了人们的普遍看好。但LiMn2O4材料在高温下(55℃)循环或贮存过程中存在严重的不可逆容量衰减及在深度充放电时容量衰减非常快等问题，这已成为LiMn2O4/C体系能否大规模工业化、大型化应用，特别是在大电流充放电电池上应用的关键。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种锂离子电池用硼掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，使用该方法制备的复合材料，具有良好的充放电循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用硼掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备硼、铝掺杂锰酸锂前躯体

将乙酸锂和碳酸锰，按摩尔比Li/Mn＝1/2溶解于丙酮中，得透明溶液；将硼源和铝源稀释溶解于丙酮中得稀溶液；然后向Li、Mn混合溶液中按摩尔比Li∶Mn∶B∶Al＝1∶(1.85-1.95)∶(0.02-0.08)∶(0.07-0.03)的比例，在搅拌下加入有硼源和铝源的溶液，混合均匀，然后在红外灯下，加热并逐渐脱出溶剂，干燥生成凝胶前驱体；将所得前驱体以5-10℃/分钟的升温速率升温至500-700℃保温3-4小时，使原料预分解为Li、Mn、B、Al的无定形混合氧化物，自然冷至室温，取出研磨充分，即得硼、铝掺杂锰酸锂前躯体；

(2)制备介孔碳材料

将介孔硅分子筛、葡萄糖、65wt％硫酸、钽源、蒸馏水按照1∶1-2∶0.3-0.5∶0.2-0.5∶3-4的比例，配制成混合溶液，然后放入红外箱中在110-120℃的温度下保温3-5小时，然后升温至180-200℃保温4-5小时，进行初步炭化，将上述初步炭化产物在氦气的保护下加热到1000-1100℃，进行炭化，然后在室温下将炭化产物溶解于氢氧化钾溶液，脱除模板获得介孔碳；

(3)介孔碳包覆硼、铝掺杂锰酸锂

将上述介孔碳和上述前躯体按照碳：锂的摩尔比0.15-0.25：1的比例球磨混合，经球磨混合均匀后在管式炉中于氦气气氛下煅烧：先以5-10℃/min的升温速率升温至400-500℃进行4-5小时的预煅烧，然后以10-15℃/min升温速率升温至700-850℃煅烧6-8小时，得到多孔碳包覆的硼、铝掺杂锰酸锂复合材料。