[发明专利]一种利用溶胶凝胶法包覆富锂锰基正极材料的方法

说明书

本发明涉及电池材料制备技术领域，针对喷雾干燥法对富锂锰基材料进行磷酸锰锂包覆的能耗较高的问题，提供一种利用溶胶凝胶法包覆富锂锰基正极材料的方法，包括包括以下步骤：1)共沉淀法制备富锂锰基正极材料前驱体；2)将前驱体与Li₂CO₃球磨混合均匀，煅烧、冷却，得到富锂锰基正极材料LMCN；3)溶胶凝胶法制备磷酸锰锂修饰富锂锰复合材料LMP‑LMCN。本发明包覆技术能耗较低，而且通过研究LMP的包覆浓度对LMCN的电化学性能影响，得到了较优的包覆浓度范围。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，尤其是涉及一种利用溶胶凝胶法包覆富锂锰基正极材料的方法。

背景技术

富锂锰基正极材料中使用了大量的锰元素，与LiCoO₂和三元材料相比，不仅价格低，而且安全性好、对环境友好，因此，富锂锰基正极材料被视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。然而，富锂锰基材料目前仍然有不尽如人意之处：首次效率、倍率性能、循环稳定性以及循环过程中的电压逐渐衰减等，这些因素很大程度上限制了富锂锰基正极材料的商业化，导致富锂锰基材料很难立即应用到工业化生产中。为了解决以上问题，目前最切实有效的改性技术为表面包覆。例如专利CN109244397A公开了磷酸钒锂/磷酸锰锂包覆富锂锰基正极材料的制备方法，利用常规烧结法将前驱体与锂源进行烧结得到富锂锰材料；将适量的锂源，磷源，锰源，碳源溶于蒸馏水中进行超声，将富锂锰材料以10:1的质量比(相对于磷酸锰锂)溶于水中，搅拌进行喷雾干燥得到材料的前驱体，在还原性气氛中进行烧结得到LMP-LMCN材料。该发明利用喷雾干燥法对富锂锰基材料进行磷酸锰锂的包覆，但是喷雾干燥需要的设备较大、能耗较高，而且文中未探究LMP包覆浓度对LMCN产生的影响，据此需要一种理想的解决方案。

发明内容

本发明为了克服喷雾干燥法对富锂锰基材料进行磷酸锰锂包覆的能耗较高的问题，提供一种利用溶胶凝胶法包覆富锂锰基正极材料的方法，包覆技术能耗较低，而且通过研究LMP的包覆浓度对LMCN的电化学性能影响，得到了较优的包覆浓度范围。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用溶胶凝胶法包覆富锂锰基正极材料的方法，包括以下步骤：

1)共沉淀法制备富锂锰基正极材料前驱体：将Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、Co(CH₃COO)₂·4H₂O、Ni(CH₃COO)₂·4H₂O溶于蒸馏水中得到混合金属盐溶液A，往NaOH水溶液中加入NH₃·H₂O配制成溶液B；在反应釜中先加入蒸馏水，调节体系温度40-60℃，用NH₃·H₂O调pH为11-12，通惰性气体，将溶液A和溶液B同时注入反应釜中，控制pH值为11-12，搅拌反应20-25h后，将反应液进行过滤、洗涤和干燥处理得到前驱体；

2)将前驱体与Li₂CO₃球磨混合均匀，煅烧、冷却，得到富锂锰基正极材料LMCN；

3)溶胶凝胶法制备磷酸锰锂修饰富锂锰复合材料LMP-LMCN：将LMCN与蒸馏水混合后搅拌成溶液，将(CH₃COO)₂Mn·4H₂O、NH₄H₂PO₄、Li(CH₃COO)·2H₂O和柠檬酸加入上述溶液中，70-90℃恒温水浴中搅拌至溶液完全蒸干，干燥、煅烧得LMP-LMCN。