[发明专利]一种包覆镍元素掺杂锰酸锂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆镍元素掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，该方法是将九水硝酸铝完全溶于水中形成溶液，加入镍元素掺杂锰酸锂得到的复合物，搅拌均匀，然后缓慢加入几滴氨水调节溶液的pH，磁力搅拌4h后，过滤、洗涤多次再干燥，最后在空气气氛下450℃煅烧3h，得到Al₂O₃包覆的镍元素掺杂锰酸锂的复合材料。本发明工艺简单，成本低，原料来源广泛，有利于大规模工业生产；所制备的复合材料循环性能和倍率性能十分优异，作为锂离子电池正极材料具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，涉及一种包覆镍元素掺杂锰酸锂复合材料的制备方法。

背景技术

随着传统的化石能源不断的被开采利用，对环境造成严重的污染，人类对新能源的需求越来越大。锂离子电池由于具有工作电压高、体积小、重量轻、能量密度大、使用寿命长和绿色环保等优点，逐渐受到人们的关注，是当前新能源领域的研究热点。正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，是影响锂离子电池性能的主要因素。然而高昂的成本和含Co复合材料的剧毒性促使研究者要不断寻找更合适的正极材料。尖晶石型锰酸锂是动力锂离子电池最有发展潜力的正极材料之一。因此，开发和利用尖晶石型锰酸锂作为锂离子电池的正极材料具有重大的意义。

尖晶石型LiMn₂O₄材料以其低成本、低毒性、原料丰富和高安全性等优点被认为是最有可能取代钴酸锂的新一代正极材料。然而在电池使用过程中，锰酸锂也存在着较大的容量损失，而且高温下更严重，这就使得锰酸锂的循环性能十分差。为了有效提高锰酸锂的循环性能和倍率性能，体相掺杂和表面修饰成为改善的主要途径。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。通过掺杂一些金属阳离子来提高Mn离子的平均价态，防止电池在充放电过程中姜-泰勒效应的发生，从而使正极材料的结构稳定性大大提高。Mn的溶解导致的材料结构的改变也是影响提高LiMn₂O₄的电化学性能的一个因素，对此通过掺杂其他金属离子来部分取代Mn³⁺就有效防止了Mn的溶解，进而改善了电化学性能。表面包覆改性是抑制Mn的溶解和以及防止电解液在电极上分解进而改善LiMn₂O₄在高温度下的电化学性能的一种有效方法，根据包覆材料的不同可以将其分为有机物表面包覆和无机金属氧化物表面包覆。Jinhua Cao等人采用高温固态燃烧法制备出碳包覆LiMn₂O₄的复合材料，经过电化学行为测试显示初始放电容量虽较高，达到132mAh/g，但其反应要求较高，需在750℃高温下反应(Jinhua Cao et al.Carbon-coated single-crystalline LiMn₂O₄ nanowires synthesized by high-temperature solid-statereaction with high capacity for Li-ion battery[J].Journal of Alloys andCompounds,2018)。Qi-Ling Li等人采用燃烧法制备出ZnO包覆LiMn₂O₄的复合材料，对比于包覆的纯相锰酸锂，虽具有较好的循环稳定性，但首次放电比容量仅在118mAh/g左右(Qi-Ling Li et al.ZnO-coated LiMn₂O₄ cathode material for lithium-ion batteriessynthesized by a combustion method[J].Ionics，2016)。

发明内容

本发明的目的是提供一种包覆镍元素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：

一种包覆镍元素掺杂锰酸锂复合材料的制备方法，具体步骤如下：