[发明专利]多元素共掺杂锰酸锂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多元素共掺杂锰酸锂复合材料的制备方法。所述方法采用溶胶‑凝胶法，先将四水合乙酸锰、九水合硝酸铝、四水合乙酸镁、四水合乙酸钴的混合溶液，搅拌下缓慢滴加到一水合氢氧化锂和柠檬酸的混合溶液中，加入氨水调节溶液pH，加热搅拌至溶胶生成后，干燥得到干凝胶，将干凝胶预烧后研磨成粉末状，最后煅烧得到铝钴镁三元素共掺杂锰酸锂的复合材料。本发明工艺简单，原料来源广泛，产量大，成本低，易于控制，有利于大规模工业生产，制备的锂离子电池正极材料具有优良的倍率充放电性能和优异的循环使用寿命。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，涉及一种多元素共掺杂锰酸锂复合材料的制备方法。

背景技术

作为新能源载体的锂离子电池具有工作电压高、质量轻、体积小、能量密度大、循环寿命长和绿色环保等优点，已经成功应用于便携式电子设备的储能系统。目前商业化的锂离子电池所用的正极材料几乎都以LiCoO₂为主。为降低材料的成本、充分利用储量大、价格低廉的自然资源，开发和生产尖晶石型锰酸锂作为锂离子电池的正极材料具有重要的意义。

尖晶石型LiMn₂O₄作为新一代的电池正极材料具有资源丰富、无毒、能量密度大、无记忆效应、易于回收和开路电压高等优点，是非常有前景的正极材料。目前，尖晶石型锰酸锂还没有得到大规模的商业化应用，是因为它还存在着许多亟待解决的问题。在环境温度较低时，LiMn₂O₄性能下降明显，降低了它所能使用的外部环境条件。在循环过程中由于Mn的溶解侵蚀和姜-泰勒效应以及电解液的溶解导致它的容量衰减比较严重，循环寿命短。因此，对于尖晶石型锰酸锂材料来说，要想能广泛应用于锂离子电池的正极材料中，应着力于改善尖晶石型锰酸锂的电化学性能。

体相掺杂是从晶格内部改善尖晶石型锰酸锂正极材料电化学性能的有效方法之一。通过掺杂一些离子(如Co、Mg、Al、Cr以及部分稀土元素)来提高Mn离子的平均价态，能够非常有效的防止电池在循环过程中姜-泰勒效应的发生，进而提升材料的结构稳定性，此外，通过掺杂其他金属离子来部分取代Mn³⁺还能够有效防止由于Mn的溶解导致的材料坍塌，从而提高LiMn₂O₄的电化学性能。Xiang等人采用固态燃烧法制备出单元素Mg掺杂纯相LiMn₂O₄的复合材料LiMg_0.1Mn_1.9O₄，经过电化学行为测试显示电化学性能不佳，初始放电容量较低仅有99.3mAh/g(Xiang et al.Rapidsynthesis of high-cycling performanceLiMg_xMn_2-xO₄(x≤0.20)cath-odematerials by a low-temperaturesolid-statecombustionmethod[J].Electrochim Acta,2014)。Yi等人采用共沉淀法制备出Al元素掺杂LiMn₂O₄的复合材料LiAl_xMn_2-xO₄，对比于未掺杂的锰酸锂，在较高温度下具有较好循环稳定性，但反应要求较高，整体放电容量均不高(X.Yiet al.Elevatedtemperature cyclicperformance of LiAl_xMn_2-xO₄microspheres synthesizedvia co-precipitation route[J].Alloys Compd，2014)。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元素共掺杂锰酸锂复合材料的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

多元素共掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，具体步骤如下：