一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其将2‑3mol/l的MnSO4·H2O溶液、0.1‑2mol/l的NH4HCO3溶液以及0.1‑2mol/l的NH3·H2O溶液加入到反应器中，以400～1200rpm/min速度搅拌并控制反应体系的温度在25‑30℃之间，PH值控制在10～14之间；在此条件下析出带有颗粒状的MnCO3反应液；本发明专利技术通过对合成的尖晶石型LiMn2O4材料进行改性，改善了材料的化学稳定性与结构稳定性；而选取与Mn3+半径相近的Co离子进行掺杂，改善了晶格的无规则状态，增强尖晶石结构的稳定性；由于Co离子的价态≤3，从而大大降低Mn3+离子的含量，抑制Jahn‑Teller效应，增加材料的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料的改性方法，特别涉及一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
21世纪以来，人类面临的能源与环境问题越来越严峻。由于传统能源的使用所带来的对自然环境不可估量的污染，人们正在逐步寻找一种可以缓解和减轻这种问题的有效途径，在这种条件下锂离子电池应运而生。作为新能源电池，锂离子电池以其优越的性能，现在已经越来越受到关注。尖晶石型LiMn2O4是目前使用前景较好的锂离子电池正极材料之一。但是，由于锰酸锂在储存和循环过程中存在明显的容量衰减现象，以至于阻碍了锰酸锂电极材料的广泛使用。尖晶石型LiMn2O4造成储存或循环过程中容量衰减的原因主要包括：①放电后期的Jahn-Teller效应；②电解液的分解导致电池内阻增加；③电解液中HF杂质对LiMn2O4材料的腐蚀溶解等。对合成的尖晶石型LiMn2O4材料进行改性，可以改善材料的化学稳定性、结构稳定性。而选取与Mn3+半径相近的离子进行掺杂，能够改善晶格的无规则状态，增强尖晶石结构的稳定性；而且当掺杂离子的价态≤3时，可以降低Mn3+离子的含量，从而抑制Jahn-Teller效应，增加材料的循环稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供一种改性锂离子电池正极材料，包括以下组成原料:2-3mol/l的MnSO4·H2O溶液，0.1-2mol/l的NH4HCO3溶液，0.1-2mol/l的NH3·H2O溶液，0.4-2mol/l的CoSO4溶液，1-4mol/l的LiOH溶液，0.3-3mol/l的Li2CO3溶液；一种改性锂离子电池正极材料的制备方法包括如下步骤：步骤一：将2-3mol/l的MnSO4·H2O溶液、0.1-2mol/l的NH4HCO3溶液以及0.1-2mol/l的NH3·H2O溶液加入到反应器中，以400～1200rpm/min速度搅拌并控制反应体系的温度在25-30℃之间，PH值控制在10～14之间；在此条件下析出带有颗粒状的MnCO3反应液；步骤二:将步骤一析出的带有颗粒状的MnCO3反应液经固液分离、洗涤与干燥后得到MnCO3粉末；步骤三：将步骤二得到的MnCO3粉末放入马弗炉内，温度设定560℃并预烧4h，将MnCO3热分解为Mn2O3；步骤四：将步骤三得到的Mn2O3放入烧杯中加入少量去离子水，混合制成浆状溶液，之后将烧杯放置在磁力搅拌器上并逐渐滴加0.4-2mol/l的CoSO4溶液与1-4mol/l的LiOH溶液，充分搅拌，使生成的Co(OH)2沉淀能够包覆在球形Mn2O3颗粒表面；步骤五：将步骤四得到的包覆了Co(OH)2的Mn2O3与0.3-3mol/l的Li2CO3溶液湿法混合均匀，之后放入烧炉中，通入空气，温度设定在700℃-900℃之间，烧结20-30h，最后将烧结后的材料自然冷却即得到LiMn2O4正极材料。优选的，所述步骤五中得到的LiMn2O4正极材料含有2％的Co。本专利技术制备出的锂离子电池正极材料具有优良的电化学性能；其通过对合成的尖晶石型LiMn2O4材料进行改性，改善了材料的化学稳定性与结构稳定性；而选取与Mn3+半径相近的Co离子进行掺杂，改善了晶格的无规则状态，增强尖晶石结构的稳定性；由于Co离子的价态≤3，从而大大降低Mn3+离子的含量，抑制Jahn-Teller效应，增加材料的循环稳定性；此外本专利技术的制备合成一清洁、绿色无污染，是环境相容性极佳的材料制备过程，同时本专利技术合成出的锂离子电池正极材料具有比容量高、循环性能好等优点。具体实施方式下面对本专利技术的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本专利技术实施例提供的一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其具体方法如下：步骤一：将2mol/l的MnSO4·H2O溶液，1mol/l的NH4HCO3溶液以及1mol/l的NH3·H2O溶液加入到反应器中，以800rpm/min速度搅拌并将反应体系的温度控制在28度，PH值控制在11；在此条件下析出带有颗粒状的MnCO3反应液；所述NH4HCO3溶液能够用C2H3N2溶液或CH3COOH溶液替代；步骤二:将步骤一析出的带有颗粒状的MnCO3反应液经固液分离、洗涤与干燥后得到MnCO3粉末；步骤三：将步骤二得到的MnCO3粉末放入马弗炉内，温度设定560℃并预烧4h，将MnCO3热分解为Mn2O3；步骤四：将步骤三得到的Mn2O3放入烧杯中加入少量去离子水，混合制成浆状溶液，之后将烧杯放置在磁力搅拌器上并逐渐滴加0.5mol/l的CoSO4溶液与2mol/l的LiOH溶液，充分搅拌，使生成的Co(OH)2沉淀能够包覆在球形Mn2O3颗粒表面；步骤五：将步骤四得到的包覆了Co(OH)2的Mn2O3与2mol/l的Li2CO3溶液湿法混合均匀，之后放入烧炉中，通入空气，温度设定在750℃，烧结24h，最后将烧结后的材料自然冷却即得到LiMn2O4正极材料；所述得到的LiMn2O4正极材料中含有2％的Co。本专利技术提供一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其通过对合成的尖晶石型LiMn2O4材料进行改性，改善了材料的化学稳定性与结构稳定性；而选取与Mn3+半径相近的Co离子进行掺杂，改善了晶格的无规则状态，增强尖晶石结构的稳定性；由于Co离子的价态≤3，从而大大降低Mn3+离子的含量，抑制Jahn-Teller效应，增加材料的循环稳定性；此外本专利技术的制备合成一清洁、绿色无污染，是环境相容性极佳的材料制备过程，同时本专利技术合成出的锂离子电池正极材料具有比容量高、循环性能好等优点。以上公开的仅为本专利技术的具体实施例，但是，本专利技术实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下组成原料:2‑3mol/l的MnSO4·H2O溶液，0.1‑2mol/l的NH4HCO3溶液，0.1‑2mol/l的NH3·H2O溶液，0.4‑2mol/l的CoSO4溶液，1‑4mol/l的LiOH溶液，0.3‑3mol/l的Li2CO3溶液。

【技术特征摘要】
1.一种改性锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下组成原料:2-3mol/l的MnSO4·H2O溶液，0.1-2mol/l的NH4HCO3溶液，0.1-2mol/l的NH3·H2O溶液，0.4-2mol/l的CoSO4溶液，1-4mol/l的LiOH溶液，0.3-3mol/l的Li2CO3溶液。2.一种改性锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：步骤一：将2-3mol/l的MnSO4·H2O溶液、0.1-2mol/l的NH4HCO3溶液以及0.1-2mol/l的NH3·H2O溶液加入到反应器中，以400～1200rpm/min速度搅拌并控制反应体系的温度在25-30℃之间，PH值控制在10～14之间；在此条件下析出带有颗粒状的MnCO3反应液；步骤二:将步骤一析出的带有颗粒状的MnCO3反应液经固液分离、洗涤与干燥后得到MnCO3粉末；步骤三：将步骤二得到的MnCO3粉末放入马弗炉内，温度设定560℃并预烧4h，将MnC...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟伟，原平方，张来苹，王刘杰，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：河南,41