[发明专利]一种高倍率镍镁复合掺杂锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高倍率镍镁复合掺杂尖晶石型锰酸锂LiNi_xMg_0.08Mn_1.92‑xO₄（x=0.03‑0.15）正极材料的制备方法。具体方法是制备掺杂剂分散液、制备燃料剂分散液、混合和合成产物等步骤，机械搅拌均匀后得到反应混合物浆料，然后置于瓷坩锅中，再放入预设温度为500℃的马弗炉中，在空气气氛中燃烧反应1 h，取出在空气中冷却，研磨后放入650℃马弗炉中焙烧6 h，取出在空气中冷却、研磨后得到镍镁共掺杂尖晶石型锰酸锂正极材料。本发明合成的镍镁共掺杂尖晶石型锰酸锂正极材料的倍率性能明显优于其它方法制备的LiMg_0.08Mn_1.92O₄材料。本发明采用固液水混合体系，机械搅拌混合时间短，反应混合物浆料不需要干燥，直接加热进行燃烧反应，制备方法简单、快速，并且电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及一种高倍率镍镁复合掺杂锰酸锂正极材料和所述镍镁共掺杂锰酸锂LiNi_xMg_0.08Mn_1.92-xO₄材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池 (LIB)广泛用于电动和混合动力电动汽车 (EV / HEV)，还用于储能系统 (ESS)。具有三维晶体结构的尖晶石型LiMn₂O₄以其比容量高、成本低、环境友好和无记忆效应等优点受到了广泛的关注。然而尖晶石型LiMn₂O₄存在Jahn-Teller效应，导致在充放电循环过程中容量快速衰减，尤其在高温条件下(≧55℃)，从而制约其发展。目前，为解决尖晶石型LiMn₂O₄容量衰减的研究主要集中在包覆和元素掺杂。阳离子掺杂主要集中在掺杂小含量的过渡金属元素，比如Fe、Al、Mg、Ni、Cu、Co等。结果表明，掺杂合适的阳离子取代Mn³⁺，可以抑制Jahn-Teller效应，提高材料的结构稳定性。但是，Mn³⁺的含量减小会使初始放电比容量降低，并且还会存在一定的Jahn-Teller效应。因此，本发明通过掺杂镍和镁离子，在抑制Jahn-Teller效应的基础上，利用镍和镁离子的协同作用来提高材料的结构稳定性，改善其电化学性能。例如 Xiang M W等人，题目“Rapid synthesis of high-cyclingperformance LiMg_xMn_2-xO₄ (x≤0.20) cathode materials by a low-temperaturesolid-state combustion method”，《Electrochemica Acta》，2014，125：524-529；Zhao HY等人，题目“A simple and mass production preferred solid-state procedure toprepare the LiSi_xMg_xMn_2-2xO₄ (0≤x≤0.10) with enhanced cycling stability andrate capability”，《Journal of Alloys and Compounds》，2016，671：304-311；Zhang H等人，题目“Structure and performance of dual-doped LiMn₂O₄ cathode materialsprepared via microwave synthesis method”，《Electrochemica Acta》，2014，125：225-231；Chen M F等人，题目“Ni, Mo co-doped lithium manganate with significantlyenhanced discharge capacity and cycling stability”，《Electrochemica Acta》，2016，206：356-365；Zhao H Y等人，题目“Enhanced Cycling Stability of LiCu_xMn_1.95-xSi_0.05O₄ Cathode Material Obtained by Solid-State Method”，《Materials》，2018，11:1302。