[发明专利]水热结合锌和氟复合掺杂制备具有优良循环及倍率性能的锰酸锂正极材料的方法

摘要

本发明公开了一种水热结合锌和氟复合掺杂制备具有优良循环及倍率性能的锰酸锂正极材料的方法。（1）将锰源和强氧化剂溶于蒸馏水中，一段时间后转移至反应釜中，然后将反应釜置于烘箱中，反应得到MnO2粉末；（2）将二氧化锰、锂源、氟离子掺杂源和锌离子掺杂源研磨得；（3）在马弗炉中将混合物烧结，随炉冷却至室温，研磨，烧结，自然降温至室温，即得到LiZnxMn2‑xO4‑yFy，其中：x=0.01~0.2，y=0.01~0.2。本发明成本低廉，工艺简单，能够制备出颗粒细小、结晶性良好、形状规则均一且表面光滑无棱刺的锌、氟复合掺杂的锰酸锂正极材料，材料的电化学性能，包括循环性能和倍率性能均得到较大的改善。

主权项

一种水热结合锌和氟复合掺杂制备具有优良循环及倍率性能的锰酸锂正极材料的方法，其特征在于具体步骤为：（1）按化学计量比称取0.01~0.1mol强氧化剂、0.01~0.1mol锰源，将两者置于烧杯中，然后加入40~400 mL的去离子水；用DF‑101S型集热式恒温磁力搅拌器在室温条件下将强氧化剂和锰源充分搅拌混合，然后将混合液转移至50~500 mL的聚四氟乙烯内衬中，再将聚四氟乙烯内衬密封到不锈钢反应釜中，在设定的温度为100~180℃条件下，保温5~24 小时,自然冷却至室温，过滤，在60~120℃条件下干燥20~30小时，得到锰源前驱体黑色粉末；（2）按照摩尔比称取步骤（1）所得到锰源前驱体0.001~0.1 mol，称取锂源0.001‑0.1 mol，掺杂的氟源0.0001~0.1 mol和锌源0.0001~0.1 mol；将四者置于烧杯中并加入20‑40mL的无水乙醇，超声震荡30‑50 分钟后放入烘箱中在50~120℃的条件下烘干，然后分别在研钵中研磨10~120分钟；（3）将步骤（2）所得的研磨后的样品，置于马弗炉中200~650℃预烧结2‑10小时，预烧结后对样品进行研磨并在马弗炉中650~850℃煅烧10~30小时，随炉冷却至室温，即得锌和氟复合掺杂的锰酸锂正极材料LiZnxMn2‑xO4‑yFy，其中：x=0.01~0.2，y=0.01~0.2；所述强氧化剂为高锰酸钾、双氧水、过硫酸钠和过硫酸铵的一种或多种；所述锰源为一水合硫酸锰、醋酸锰和碳酸锰中的一种或多种；所述锂源为一水合氢氧化锂、醋酸锂和碳酸锂中的一种或多种；所述锌离子掺杂源为氢氧化锌、氧化锌和碳酸锌中的一种或多种；所述的氟离子掺杂源为氟化锂或氟化铵中的一种或两种。