【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，涉及一种掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料及制备方法与应用。
技术介绍
1、锂离子电池由于其高能量密度、长寿命和低成本等优点，被广泛应用于电动汽车、移动设备等领域。富锂锰基材料作为锂离子电池的正极材料，因其超高比容量而受到广泛关注，然而其应用受到不可逆容量损失、极端电压衰减、倍率性能不足和过多的氧气排放的制约。
2、上述问题在很大程度上与富锂锰基材料中过渡金属离子的不可逆迁移和晶格氧的逃逸有关，这是由于li2mno3组分在4.5v时被激活，并伴随着循环过程中氧阴离子的氧化。此外，过渡金属离子会不可逆迁移到li层中，使层状相转变为尖晶石相，而尖晶石结构会导致富锂锰基材料的结构不稳定，从而加剧富锂锰基正极材料电压和容量的下降。并且，电解质界面的相互作用和界面电阻的增大，阻碍了li+扩散动力学，导致倍率性能受限。
3、基于以上研究，需要提供一种掺磷且包覆rgo(还原氧化石墨烯)的富锂锰基材料，所述富锂锰基前驱体能够克服上述富锂锰基前驱体存在的结构不稳定，倍率性能差等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料及制备方法与应用，所述富锂锰基前驱体通过掺磷和包覆rgo能够减少过渡金属离子的迁移，提高结构稳定性，还可以在材料中形成氧空位，阻止氧气逸出，同时还增加了电子的转移通道，提升了电导率，进而提高了材料的容量。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利
4、本专利技术一方面在内核富锂锰基材料中掺杂磷，另一方面，在富锂锰基材料的表面包覆还原氧化石墨烯，有效的改善了过渡金属离子的迁移，从而提高了结构稳定性，并且还可以在富锂锰基材料的夹层结构形成氧空位，进而可以阻止氧气逸出，这有利于最大限度地减少结构坍塌并提高材料的结构强度，同时rgo的包覆增加了电子的转移通道，提升了电导率，进而提高了富锂锰基材料的容量。
5、优选地，所述内核中，磷元素的掺杂含量为5-15wt％，例如可以是5wt％、10wt％或15wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
6、本专利技术掺杂磷的量会影响材料的性能，若掺杂磷的量过多，则无法有效提升材料的结构强度，若掺杂磷的量过少，则无法有效形成足够的氧空位。
7、优选地，所述掺杂磷元素的富锂锰基材料的化学通式为liz(mnyni1-y)1-xpxo2，其中，0.05≤x≤0.15，例如可以是0.05、0.10或0.15，0.5≤y≤0.95，例如可以是0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或0.95，1≤z≤1.3，例如可以是1.0、1.1、1.2或1.3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
8、优选地，所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料中，包覆层的含量为5-20wt％，例如可以是5wt％、10wt％、15wt％或20wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
9、本专利技术包覆rgo的量会影响其效果的发挥，若包覆量过少，则无法在表面形成足够的石墨烯包覆层，若包覆量过多，则会影响正极煅烧时锂离子的嵌入。
10、第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
11、(1)将混合金属源溶液、磷源溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液进行第一混合，进行共沉淀反应，得到掺磷的富锂锰基前驱体；
12、(2)将步骤(1)所述掺磷的富锂锰基前驱体、溶剂和rgo进行第二混合，得到掺磷且包覆rgo的富锂锰基前驱体；
13、(3)将锂源和步骤(2)所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基前驱体进行第三混合和煅烧，得到所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料。
14、本专利技术是在共沉淀制备富锂锰基前驱体时掺杂磷，可以直接采用磷源如磷酸二氢钠通入共沉淀反应体系中，实现po43-掺杂，得到掺磷的富锂锰基前驱体后包覆rgo，再进行煅烧，得到掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料，相较于煅烧制备得到富锂锰基材料后再进行包覆rgo，能够使rgo在掺杂po43-的前驱体表面包覆的更紧密与均匀。
15、优选地，步骤(1)所述磷源溶液的浓度为0.5-2.5mol/l，例如可以是0.5mol/l、1.0mol/l、1.5mol/l、2.0mol/l或2.5mol/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16、本专利技术共沉淀反应时磷源溶液的浓度会影响掺杂磷元素的含量，若磷源的浓度过高或过低，则会使掺杂磷的量过多或过少。
17、优选地，步骤(1)所述磷源溶液包括nah2po4溶液。
18、优选地，步骤(1)所述混合金属源溶液的浓度为1-4mol/l，例如可以是1mol/l、2mol/l、3mol/l或4mol/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(1)所述沉淀剂溶液的浓度为25-35wt％，例如可以是25wt％、30wt％或35wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20、优选地，步骤(1)所述络合剂溶液的浓度为14-18wt％，例如可以是14wt％、15wt％、16wt％、17wt％或18wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21、优选地，步骤(1)所述沉淀剂溶液包括氢氧化钠溶液，步骤(1)所述络合剂溶液包括氨水。
22、优选地，步骤(1)所述共沉淀反应的温度为40-65℃，例如可以是40℃、50℃、60℃或65℃，ph为9.5-12，例如可以是9.5、10.5、11.5或12，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23、优选地，步骤(1)所述磷源溶液的进料速度为0.5-2l/h，例如可以是0.5l/h、1l/h、1.5l/h或2l/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24、优选地，步骤(1)所述混合金属源溶液的进料速度为5-15l/h，例如可以是5l/h、10l/h或15l/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25、优选地，步骤(1)所述混合金属源溶液包括镍源和锰源，所述镍源和锰源分别独立地包括醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化盐中的任意一种或至少两种的组合。
26、优选地，步骤(1)所述沉淀剂溶液的进料速度为1.5-3.5l/h，例如可以是1.5l/h、2.5l/h或3.5l/h，步骤(1)所述络合剂溶液的进料速度为0.5-2.5l/h，例如可以是0.5l/h、1.5l/h或2.5l/h，但不限于所列举的数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种掺磷且包覆rGO的富锂锰基材料，其特征在于，所述掺磷且包覆rGO的富锂锰基材料包括内核以及内核表面的包覆层，所述内核包括掺杂磷元素的富锂锰基材料，所述包覆层包括rGO。
2.根据权利要求1所述的掺磷且包覆rGO的富锂锰基材料，其特征在于，所述内核中，磷元素的掺杂含量为5-15wt％；
3.一种如权利要求1或2所述掺磷且包覆rGO的富锂锰基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述磷源溶液的浓度为0.5-2.5mol/L；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合金属源溶液的浓度为1-4mol/L；
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共沉淀反应的温度为40-65℃，pH为9.5-12；
7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一混合包括将混合金属源溶液、磷源溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液通入底液中进行共沉淀反应；
8.根据权利
9.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述煅烧的温度为600-800℃，时间为10-15h；
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1或2所述的掺磷且包覆rGO的富锂锰基材料。
...【技术特征摘要】
1.一种掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料，其特征在于，所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料包括内核以及内核表面的包覆层，所述内核包括掺杂磷元素的富锂锰基材料，所述包覆层包括rgo。
2.根据权利要求1所述的掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料，其特征在于，所述内核中，磷元素的掺杂含量为5-15wt％；
3.一种如权利要求1或2所述掺磷且包覆rgo的富锂锰基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述磷源溶液的浓度为0.5-2.5mol/l；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合金属源溶液的浓度为1-4mol/l；
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，周瑞，张坤，李聪，孙召建，贾冬鸣，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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