【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料及制备方法。
技术介绍
1、随着全球对可持续能源和清洁能源的需求不断增加，锂离子电池作为高能量密度的储能设备，在便携式电子设备、电动汽车以及大规模储能系统中扮演着越来越重要的角色。无钴富锂锰基正极材料li1.2mn0.6ni0.2o2(lnmo)因其高比容量、成本效益和环境友好性，成为锂离子电池领域研究的热点。这类材料具有超过250mah g-1的理论容量和超过900whkg-1的能量密度，同时相比传统的licoo2，lifepo4等正极材料具有更低的成本优势，对于推动电动汽车的续航里程和降低电池成本具有重要意义。
2、然而，富锂锰基正极材料依然存在首次库伦效率低、大倍率性能差和循环稳定性差以及长循环下容量和电压衰减严重等问题，严重限制了其商业化。因此，如何进一步抑制富锂锰基正极材料的平均电压衰减并且提高材料循环稳定性等难题，是本领域的研究重点和难点。
3、目前，一些改性方法对于lnmo的性能具有一定的改善，但是这些改性方法所掺杂的金属种类较多，对应的效果参差不齐，掺杂过程复杂、成本高，均无法满足对于lnmo的需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料及制备方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，采用金属盐溶液、沉
4、所述金属盐溶液中含有锰盐、镍盐、铝盐；其中，锰、镍、铝的摩尔比为a:b:x，氟的摩尔比为y；a、b、x和y的取值范围为：a＞0.5，0＜b≤0.2，0＜x＜0.1，并且a+b+x＝0.8；0.01≤y≤0.06。
5、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
6、进一步，所述沉淀剂包括碱液，所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵中的一种或多种。
7、进一步，所述锂源为氢氧化锂、硫化锂、碳酸锂中的一种或多种；所述铝盐为氧化铝、硝酸铝中的一种或两种；所述氟源包括氟化铵、氟化锂中的一种或两种。
8、进一步，包括以下步骤：
9、s1、将所述络合剂溶解后，作为底液，将所述金属盐溶液、所述沉淀剂和所述氟源并流注入所述底液，搅拌并在加热的条件下进行共沉淀反应，反应完成后进行冷却、过滤、干燥，得到所述改性富锂锰基前驱体；
10、s2、将所述改性无钴富锂锰基前驱体与所述锂源进行混合球磨处理，再进行烧结。
11、进一步，步骤s1中，所述并流注入的流速为30～80ml/min。
12、进一步，步骤s1中，所述共沉淀反应的ph为8～9，反应温度为50～80℃，反应时间为8～16h。
13、进一步，步骤s2中，所述烧结依次包括一段烧结和二段烧结；所述一段烧结的保温时间为4～8h，温度为400～600℃，所述二段烧结的保温时间为8～16h,温度为750～950℃。
14、本专利技术还提供一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料，采用如上述的方法制备得到；所述正极材料的化学式表示为li1.2mn(0.6-x)alxni0.2o(2-y)fy。
15、本专利技术还提供一种锂离子电池正极极片，采用如上述的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料制备得到。
16、本专利技术还提供一种锂离子电池，包括如上述的锂离子电池正极极片。
17、本专利技术的有益效果为：
18、(1)本专利技术的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，通过掺杂al和f同时进行阴阳离子改性；al掺杂可以调节局部电子结构，增加氧化还原电位，改善与氧的相互作用，进一步稳定了晶格氧并抑制了晶格氧的释放，使正极材料结构稳定，并具有良好长循环性能；f掺杂会诱导材料表面初始尖晶石相的生成，同时抑制材料在循环过程中层状向尖晶石相的转变，提升材料离子以及电子的导电率，进而提升材料的倍率性能；
19、(2)本专利技术的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，能够使改性后的正极材料电压衰减减缓且循环性能优异，解决了现有无钴富锂锰基存在的电压衰减严重和循环稳定性差的问题；
20、(3)本专利技术的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，采用共沉淀法-高温固相法合成铝掺杂锰位、氟掺杂氧位的无钴富锂锰基正极材料，合成可以沿用常规的富锂锰基材料制备工艺，通过在反应溶液中共同掺入铝氟元素，可以在不进行大规模增加生产工艺和环节的基础上，获得电化学稳定性和性能都优良的富锂锰基材料,该方法适用范围广；
21、(4)本专利技术的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，制备工艺简单，流程方便控制，可以通过控制ph值和保温时间控制正极材料粒度，产物粒度均匀且电化学性能优异，满足各种产品需求，整个生产过程污染较小，比较简单，可控性强，无需先进仪器，成本低廉，适合工业化生产；
22、(5)本专利技术的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料，通过氟铝的共同作用，实现减少锂镍阳离子混排，提升层状结构的层间距，提高稳定性，实现锂离子的更便捷的嵌入和脱出，材料的电子转移速率更快，进而实现有效提升材料的首圈库伦效率，循环稳定性，并且在氟铝掺杂后在5c大电流条件下倍率性能得到提升，有助于材料在未来快充电池方面的应用。
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1.一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，采用金属盐溶液、沉淀剂、氟源、络合剂制备改性富锂锰基前驱体，采用所述改性富锂锰基前驱体与锂源制备得到所述阴阳离子共掺杂型无钴富锂锰基正极材料；所述金属盐溶液中含有锰盐、镍盐、铝盐；
2.根据权利要求1所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碱液，所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂、硫化锂、碳酸锂中的一种或多种；所述铝盐为氧化铝、硝酸铝中的一种或两种；所述氟源包括氟化铵、氟化锂中的一种或两种。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述并流注入的流速为30～80ml/min。
6.根据权利要求4所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴
7.根据权利要求4所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述烧结依次包括一段烧结和二段烧结；所述一段烧结的保温时间为4～8h，温度为400～600℃，所述二段烧结的保温时间为8～16h,温度为750～950℃。
8.一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料，其特征在于，采用如权利要求1～7任意一项所述的方法制备得到；所述正极材料的化学式表示为Li1.2Mn(0.6-x)AlxNi0.2O(2-y)Fy。
9.一种锂离子电池正极极片，其特征在于，采用如权利要求8所述的阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料制备得到。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的锂离子电池正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，采用金属盐溶液、沉淀剂、氟源、络合剂制备改性富锂锰基前驱体，采用所述改性富锂锰基前驱体与锂源制备得到所述阴阳离子共掺杂型无钴富锂锰基正极材料；所述金属盐溶液中含有锰盐、镍盐、铝盐；
2.根据权利要求1所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碱液，所述络合剂包括氨水、碳酸氢铵的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂、硫化锂、碳酸锂中的一种或多种；所述铝盐为氧化铝、硝酸铝中的一种或两种；所述氟源包括氟化铵、氟化锂中的一种或两种。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种阴阳离子掺杂改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述并流注入的流速...
【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，杨珊珊，黄琦，喻发全，王建芝，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：
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