【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二次电池材料。更具体地，涉及一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法。
技术介绍
1、富锂锰基正极材料是一种具有高能量密度潜力的锂离子电池正极材料，它因其高比容量、低成本和环境友好性而被认为是下一代锂离子电池正极材料的有力候选。
2、相比于传统的磷酸铁锂材料或者镍钴锰酸锂材料而言，富锂锰基材料具有更高的工作电压，其工作电压可以达到4.5v，甚至更高。富锂锰基正极材料工作电压相对较高的原因主要与其独特的电化学活性有关。这种材料可以看作由li2mno3和limo2两种成分组成，在4.5v以内，传统层状结构limo2中的镍和钴化合价升高，同时常规层状结构中的锂离子从正极脱出嵌入负极，li2mno3层中的部分锂离子也脱出进入层状结构。而在4.5v以上出现的新平台则归因于li2mno3层在高电压下体现出电化学活性的贡献，包括部分锰的变价，部分结构氧流失为氧气并形成氧空位，-2价氧失电子变为-1价氧提供电荷补偿，锂离子从过渡金属层中脱出形成li2o并使得材料结构重排为传统层状结构，锂、锰、氧有复杂的电荷补偿关系等。这种独特的电化学活性和电荷补偿机制使得富锂锰基正极材料能够在较高的电压下工作，从而提供了较高的工作电压。
3、然而，对于富锂锰基材料，其材料本身具有较低的离子/电子导电性，因此表现出差的倍率性能。富锂锰基正极材料的倍率性能与其动力学特性密切相关，包括材料本身的li+离子扩散速率和电极/电解液界面处的转移速率。富锂锰基正极材料中的li2mno3相较低的锂离子本征扩散系数也严重制约了其
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：针对传统工艺制备的富锂锰基材料，其离子电导率和电子电导率较低，虽然可以通过在表面进行包覆等方式进行改善，但是，专利技术人发现，由于在长期的循环过程中，电池内部存在膨胀和收缩的应力，该应力的持续存在，将导致材料表面的包覆层在长期循环过程中，容易破裂并脱落，从而导致电池性能衰减严重，产品使用寿命无法得到有效保障的问题。基于上述难题，本专利技术提供了一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法。
2、本专利技术的目的是提供一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法。
3、本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
4、一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，具体合成步骤包括：
5、富锂锰基材料包覆岛状分布的碳复合层：
6、按重量份数计，取100-120份无水乙醇，4-6份甘油，4-6份硝酸铝，0.4-0.6份导电碳，38-45份富锂锰基材料；
7、先将无水乙醇和甘油混合均匀，再加入硝酸铝，搅拌溶解后，加入导电碳，超声分散均匀后，再加入富锂锰基材料，加热搅拌浓缩，以使无水乙醇挥发，得浓缩料；
8、上述步骤中，通过以无水乙醇为主要溶剂，辅以一定量的甘油成分，首先，在无水乙醇作用下，硝酸铝溶解，并在浓缩过程中，含铝成分逐渐在富锂锰基材料表面沉积，在该沉积过程中，得益于少量甘油成分的存在，可以使得含铝成分与导电碳都可以获得更为均匀的沉积效果，这主要是由于，甘油相较于乙醇而言，具有更高的沸点，因此，在乙醇快速蒸发后，其仍然可以在沉积表面提供一定的流动性所需；
9、将浓缩料转入碳化炉，于氮气保护状态下，于温度为500-550℃条件下，持续煅烧4-6h后，冷却，出料，得煅烧料；
10、在碳化炉中，在高温条件下，甘油进一步挥发或分解，不会残留在体系中，而含铝成分则分解形成氧化铝组分，并且与导电碳一起在富锂锰基材料表面形成均匀的沉积层，由于含铝成分的分解，以及甘油的挥发或分解可以产生气体，气体扩散则使得沉积层形成多孔结构；
11、将煅烧料用强碱溶液超声反应后，水洗，干燥，即得碳包覆富锂锰基材料；
12、在前述多孔结构存在的前提下，在超声作用下，强碱溶液向孔道内部扩散渗透，如此，可以使得暴露的大部分氧化铝被强碱溶液侵蚀溶解，在该过程中，与溶解的氧化铝共同包覆的部位则脱离富锂锰基材料的表面，从而在富锂锰基材料形成岛状分布的包覆层，未被强碱溶液溶解的部分，并且在超声波的物理空化作用下，仍然牢固包覆于富锂锰基材料表面的岛状包覆层，在电池使用过程中，也难以被电解液中的hf等物质侵蚀而溶解，或者在物理应力作用下破裂等，从而使得产品的基层结构是相对的物理化学性能稳定的；
13、在碳包覆富锂锰基材料表面包覆固态电解质层：
14、按重量份数计，取100-110份碳包覆富锂锰基材料，6-8份氢氧化锂，3-4份硫酸钛，1-2份硝酸镧，0.8-1.2份硫酸铬；
15、将碳包覆富锂锰基材料和水混合分散，以得到浓度为100-120g/l的主材悬浮液；
16、将氢氧化锂溶解于水中，以得到质量分数为8-10％的氢氧化锂溶液；
17、将硫酸钛、硝酸镧和硫酸铬加入硫酸钛质量10-15倍的水中，搅拌溶解，以得到混合溶液；
18、将混合溶液加入主材悬浮液中，混合均匀后，再加入氢氧化锂溶液，加热搅拌反应后，保温静置，抽滤，洗涤和干燥后，于氮气气氛中，温度为700-750℃条件下，保温反应4-6h后，冷却，出料，即得固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料。
19、上述技术方案在岛状包覆的基础上进一步开始沉积包覆具有优秀锂离子电导能力的包覆层，具体来看，在沉淀剂氢氧化铝的作用下，并且伴随高温煅烧过程，新形成的包覆层中，主要形成了锂镧钛铬氧化合物；在岛状包覆的基础上，新形成的包覆层可以以此为“锚点”，并逐步将相邻岛状包覆层之间的间隙填满，一方面，使得富锂锰基材料表面逐渐变得平滑，降低比表面积，防止过高的比表面积引起的表面能过高，引起加工过程中的材料分散难题，或表面副反应加剧等问题，同时，在锚点的作用下，新包覆层也可以牢固在表面吸附固定，减少了脱落现象的产生，最终，使得表面的复合包覆层兼具优异的离子电导率和电子电导率，并且可以牢固在富锂锰基材料表面吸附固定。
20、进一步的，所述导电碳中，包括以下重量份数的原料：
21、30-40份super p，8-10份单壁碳纳米管，4-6份氧化石墨烯。
22、进一步的，
23、所述super p的d50为40-50nm；
24、所述单壁碳纳米管的长径比为3500-4000，并且，其长度为4-6μm；
25、所述氧化石墨烯的d50为300-350nm；
26、所述富锂锰基材料的d50为3-5μm。
27、上述技术方案通过进一步将包覆层材料中，导电碳选用不同规格的super p、单壁碳纳米管和氧化石墨烯进行组合搭配，三者可以相互配合形成快速导电网络，而之所以选择了一部分的氧化石墨烯进行配合，并且其历经是相对较大的颗粒存在，是由于其堆积过程中，一方面，颗粒和颗粒之间可以形成间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，具体合成步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述导电碳中，包括以下重量份数的原料：
3.根据权利要求2所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述富锂锰基材料为类球形颗粒，所述富锂锰基材料的球形度为8.6-8.8。
5.根据权利要求1所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述将煅烧料用强碱溶液超声反应包括：
6.根据权利要求1所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述主材悬浮液中，还包括所述富锂锰基材料质量2-4％的乙炔黑，所述乙炔黑的D50为20-25nm。
7.根据权利要求1所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述主材悬浮液中，还包括所述富锂锰基材
...【技术特征摘要】
1.一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，具体合成步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述导电碳中，包括以下重量份数的原料：
3.根据权利要求2所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种固体电解质与碳复合包覆富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于，所述富锂锰基材料为类球形颗粒，所述富锂锰基材料的球形度为8.6-8.8。
【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，李晓艳，吴平，黄景彪，彭康春，
申请(专利权)人：宁夏汉尧富锂科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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