[发明专利]一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法

说明书

本发明公开了一种应用于锂离子电池的高性能锰酸锂正极材料的改性方法，该锰酸锂在室温（25℃）下的0.2 C初始容量≥116mAh/g，1 C初始容量≥114mAh/g，500周1 C循环容量保持率≥88%。制备过程中，采用电解二氧化锰和碳酸锂为原料，并且锂锰摩尔比为0.61~0.67：1的比例进行混合，并加入氧化铝、氢氧化镁和氧化钇三种掺杂改性材料，之后入炉烧结并随炉冷却，最后过200目标准筛后制备出了一种高性能锰酸锂正极材料。该改性方法所制备的产品同时具有较高的初始容量以及较高循环寿命，可应用于电动汽车、电动车以及各类电子产品中，具有广阔的应用前景。该改性方法操作简单，生产成本低，环境污染小，具有良好的发展前景。

技术领域

本发明属于新能源材料开发技术领域，具体涉及一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法。

背景技术

近年来，新能源行业在国家的大力支持下得到了飞速发展，而锂电池具有其较高的能量密度、较好的循环寿命以及较好的充放电速率，被广泛应用于各类电子产品及电动汽车领域。其中正极材料的性能已成为制约锂离子电池发展的最关键因素，而尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄作为常见的锂电池正极材料之一，具有价格成本低、安全性能好、原料资源丰富、制备方法简便等优点，其理论比容量为148 mAh/g，已成为最具应用前景锂电池正极材料之一。而如何对锰酸锂进行改性，从而制备出具有高容量、高循环稳定性的锰酸锂正极材料则成为了关键。

目前普遍认为锰酸锂正极材料在循环充放电过程中，容易发生Jahn-Teller 畸变，并且伴随着锰的溶解，不仅导致了锂电池的充放电容量低，还导致容量快速衰减，严重影响了尖晶石型锰酸锂的应用和发展。因此针对尖晶石锰酸锂正极材料自身存在的固有缺点，需要寻求一种新的改性方法，制备出高性能的锰酸锂正极材料。

发明专利CN 105762332 A公开了一种锂离子电池的制作方法，具体涉及一种以掺杂改性的锰酸锂材料作为正极、以碳包覆的钛酸锂材料作为负极的锂离子电池的制作方法。通过对锰酸锂材料进行铝和硫元素的掺杂改性，抑制了Jahn-Teller 效应的发生；以碳包覆的钛酸锂材料作为负极，克服了石墨负极电位太低从而导致金属锂枝晶析出的缺点，同时有效地限制了锰酸锂材料的放电电位，大幅度提高了电池的整体循环性能。但该发明所使用的改性材料价格较高，并且生产过程中需要添加有机助剂，制备过程复杂，不利于实现大规模商业化生产。

目前，锰酸锂的改性方法主要是通过阴阳离子掺杂抑制Jahn-Teller 畸变，进而提高电池容量并且改善循环性能，但是，普通的阴阳离子掺杂改性在改善循环性能的同时会降低材料的容量，因此寻找一种新的改性方法，制备出一种高性能的锰酸锂正极材料已成为研究的重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明通过提供一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法，以解决现有的阴阳离子掺杂改性技术在改善循环性能的同时会降低材料的容量的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法，采用碳酸锂和电解二氧化锰进行混合，再掺杂改性材料混合后进行烧结，得到高性能锰酸锂正极材料。

进一步，所述高性能锰酸锂正极材料的改性方法，包括以下步骤：

（1）以碳酸锂和电解二氧化锰为原料，按锂锰摩尔比0.61~0.67：1进行配料；

（2）之后加入掺杂改性材料，采用斜式混料机进行混合，混料时间为2~8 h；

（3）将混合料装入匣钵中，将匣钵放入窑炉中进行烧结；

（4）将步骤（3）的反应产物过筛除杂质后，即得到改性的锰酸锂正极材料。

优选的，步骤（2）中，所述改性材料与步骤（1）的电解二氧化锰和碳酸锂混合物以0.0562~0.0571:1的质量比进行混合；混料时间为6 h。