【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源材料，尤其涉及一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种绿色清洁电池，具有比容量大、电压高、寿命长等优点。当前，市场上主流的是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元、磷酸铁锂电池。
2、锰酸锂电池与其他体系的电池相比具有成本低、安全环保且原料资源丰富等优点，但锰酸锂电池在充放电过程中容量衰减较快,致其在市场上的应用受到制约。
3、锰酸锂电池前期容量衰减快的根本原因是mn3+的溶出导致尖晶石结构破坏，同时，mn3+的t2g轨道上有一个电子会产生姜-泰勒效应导致mn-o八面体发生扭曲拉伸会进一步加深锰酸锂尖晶石结构的破坏。
4、这是因为，锰离子(mn3+)在其d轨道中的t2g轨道中有一个电子。在这种情况下，t2g轨道是指锰离子的五个d轨道中的三个轨道，即dxz、dyz和dxy轨道。根据hund's规则，当t2g轨道上只有一个电子时，该电子会尽量占据不同的轨道，以最大化自旋多重度。这表明在t2g轨道上，dxz、dyz和dxy中的两个轨道将没有电子，而另一个轨道上会有一个电子。在具有未满轨道的过渡金属离子中，由于电子自旋自由度和轨道自由度之间的相互作用，使得分子或晶体结构发生扭曲以降低能量，即姜-泰勒效应。当锰离子(mn3+)的t2g轨道上只有一个电子时，会引发姜-泰勒效应。锰酸锂尖晶石中锰离子被氧离子包围，并形成八面体的配位环境。在这种情况下，mn3+离子的t2g轨道上的单个电子与配位的氧原子发生相互作用。这种相互作用会导致mn-o八面体的变形和拉
5、本领域技术人员都知道，电池材料化合物，其电化学性能与晶体结构的稳定性密切相关。因此这种结构破坏可能会对锰酸锂尖晶石材料的性质产生影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。通过双离子掺杂改性提高锰酸锂正极材料的结构稳定性，进而也使得改性锰酸锂正极材料具有较高的克容量和优异的循环性能。
2、为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，化学通式为：
3、liamn2-babfco4-c；其中1.03≤a≤1.15，0.01≤b≤0.04，0.03≤c≤0.12；
4、a为过渡金属元素，a元素在liamn2-babfco4-c中部分取代占据八面体位上的mn元素，并且a元素与o元素的结合能大于mn元素与o元素的结合能，通过所述a元素的掺杂提高所述正极材料的结构稳定性；
5、f元素部分取代o元素，通过所述f元素的掺杂提高化学键强度，减小晶格常数，增强所述正极材料的结构强度；
6、所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的粒径为9～12μm。
7、优选的，所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料为尖晶石相。
8、优选的，所述a为mg、zr、nb、y、mo、nd、ti中一种或多种。
9、第二方面，本专利技术实施例提供了一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的制备方法，包括：
10、将过量的锂源与适量的掺杂元素化合物和锰源混合，得到混合材料；
11、对混合材料进行煅烧，得到所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料。
12、优选的，所述锂源按照摩尔比过量3％-15％。
13、优选的，所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂；
14、所述锰源包括α-mn02、β-mn02、r-mn02、mn203和mn304中的一种；所述锰源的粒径为5～9μm；
15、所述掺杂元素化合物包括掺杂元素a的氟化物，或者，包括掺杂元素a的氟化物和掺杂元素a的氧化物；所述掺杂元素化合物的粒径为30～50nm。
16、优选的，所述掺杂元素a的氟化物包括：mgf2、zrcl4、nbf5、yf3、mof5、ndf3或tif4中的一种或几种；
17、所述掺杂元素a的氧化物包括：mgo、zro2、nb2o5、y2o3、moo3、nd2o3、tio2。
18、优选的，所述混合在高速混合机中进行，所述混合的转速为500～2000r/min，所述混合的时间为5～50min。
19、优选的，所述煅烧的升温速率为3～6℃/min；所述煅烧的烧结温度为650～850℃；所述煅烧的保温时间为10～20h。
20、第三方面，本专利技术实施例提供了一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的应用，所述正极材料应用于锂离子电池的正极极片中。
21、本专利技术实施例提供的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，通过a和f两种离子的掺杂，提高了锰酸锂的循环性能。掺杂在八面体位置的a元素部分取代mn元素，这降低了mn3+的含量，a元素与o元素的结合能大于mn元素与o元素的结合能，因此通过a元素的掺杂能够提高正极材料的结构稳定性。f元素部分取代o元素，通过f元素的掺杂提高化学键强度，减小晶格常数，增强正极材料的结构强度；此外，通过富锂掺杂进一步增大了mn元素的平均价态。通过以上技术手段，限制了姜-泰勒效应,稳定了正极材料的立方尖晶石结构，它们协同作用可以显著提高锰酸锂的循环稳定性。
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1.一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的化学通式为：
2.根据权利要求1所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料为尖晶石相。
3.根据权利要求1所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述A为Mg、Zr、Nb、Y、Mo、Nd、Ti中一种或多种。
4.一种权利要求1-3任一所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂元素A的氟化物包括：MgF2、ZrF4、NbF5、YF3、MoF5、NdF3或TiF4中的一种或几种；
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合在高速混合机中进行，所述混合的转速为500～2000r/min，所述混合的时间为5～50min。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述
10.一种上述权利要求1-3任一所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的应用，其特征在于，所述正极材料应用于锂离子电池的正极极片中。
...【技术特征摘要】
1.一种双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的化学通式为：
2.根据权利要求1所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双离子掺杂改性锰酸锂正极材料为尖晶石相。
3.根据权利要求1所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料，其特征在于，所述a为mg、zr、nb、y、mo、nd、ti中一种或多种。
4.一种权利要求1-3任一所述的双离子掺杂改性锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宇飞，杨志伟，刘柏男，陆浩，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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