[发明专利]一种长寿命高倍率铝镍共掺杂锰酸锂正极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种长寿命、高倍率铝镍共掺杂尖晶石型锰酸锂正极材料制备方法。该方法包括如下步骤：制备掺杂剂分散液、燃料剂分散液、混合和制备产物等步骤，机械搅拌均匀后得到混合物浆料，然后置于瓷坩锅中。将坩埚置于500℃马弗炉中保温1h，冷却后研磨，之后在650℃二次焙烧6h，再次研磨得到最终产物LiAl_0.1Ni_xMn_1.9‑xO₄(x=0.01‑0.10)。本发明合成的镍铝共掺杂锰酸锂正极材料的倍率性能明显优于现有的LiMn₂O₄。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，制备工艺简单、快速，并且电化学性能优异，为产业化打下良好的基础。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，具体是一种长寿命、高倍率铝镍共掺杂尖晶石型锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池由于其具有高能量、高功率密度，无记忆效应，安全性能好等优点被广泛的应用于电动车、混合动力电动车，便携式电子设备中，从而主导了能源供应市场。

尖晶石型锰酸锂具有可供锂离子快速迁移独特的三维空间结构以及其具有低毒、低消耗、高安全性、环境友好等优点最有可能替代商业化的钴酸锂成为新一代较有前景的正极材料。

但是，锰酸锂在循环过程中结构不稳定，循环性能不佳，尤其是在高倍率条件下，容量衰减很快，这制约了尖晶石型锰酸锂在锂离子电池领域的大规模商业化的使用。针对这些问题研究者发现金属离子的掺杂是提高尖晶石LiMn₂O₄电化学循环性能的重要手段之一，有研究表明同时掺杂两种阳离子，在抑制Jahn-Teller效应的同时，提高LiMn₂O₄的放电比容量，并且取得了明显的效果。在众多掺杂离子中Al、Ni因其储量丰富，无毒，且便宜被认为是最有利的掺杂剂，因此引起了许多研究者的广泛关注。目前国内外关于铝镍共掺杂尖晶石型锰酸锂制备的研究有：

Ⅰ. Thirunakaran R, Lew G H, Yoon W S. Synthesis and electrochemicalproperties of dual doped spinels LiNi_xAl_yMn_(2-x-y)O₄ via facile novel chelatedsol-gel method as possible cathode material for lithium rechargeablebatteries[J]. 能源化学(英文版), 2017(1):101-114.

Ⅱ. Mukherjee S, Schuppert N, Bates A, et al. Novel mesoporousmicrospheres of Al and Ni doped LMO spinels and their performance as cathodesin secondary lithium ion batteries[J]. International Journal of Green Energy,2017, 14(7):1-9.

Ⅲ. Ding X, Zhou H, Liu G, et al. Electrochemical evaluation ofLiAl_0.05Ni_0.05Mn_1.9O₄, cathode material synthesized via electrospinning method[J]. Journal of Alloys & Compounds, 2015, 632:147-151.