[发明专利]气相沉积法包覆掺杂锰酸锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，具体涉及一种气相沉积法包覆掺杂锰酸锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有很高的开路电压和质量比容量，广泛的应用于3C产品，和逐步进入动力电池领域。因此，锂离子电池具有强劲的发展前景。尖晶石锰酸锂与其它正极材料相比，具有成本低、无毒、无污染且具有较高的放电电压(～4V)等优势。但是由于Jahn-Teller畸变效应和Mn²⁺在电解质中的溶解，造成尖晶石锰酸锂循环性和高温性能的衰减。

针对Jahn-Teller畸变，通常采取体相掺杂，加入金属离子，提高[MnO₆]的晶格能；针对Mn²⁺在电解质中的溶解，通常在尖晶石锰酸锂的表面包覆一层金属、非金属氧化物(如TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZnO等)或者碳，但是容易造成包覆层不均匀，无法抑制Mn²⁺的溶解，高温充放电情况下，改性尖晶石锰酸锂的循环性能没有改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种使用气相沉积法，通过在煅烧阶段气体裂解的碳，均匀的包覆在掺杂锰酸锂颗粒的表面，降低材料的Jahn-Teller效应；抑制锰酸锂材料在电解液中的溶解，达到循环性和高温不衰减的气相沉积法包覆掺杂锰酸锂复合正极材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：该制备方法包括如下步骤：

一、将锂源化合物，锰源化合物和掺杂源料，按照锂，锰和掺杂源料中的金属元素M按照摩尔比1～2∶0.5～2∶0.01～1.5进行混合，得到固体物质；

二、将步骤一中的固体物质与分散剂按照质量比1∶5～20，搅拌，球磨混合；

三、将步骤二中的球磨混合后的均匀浆料通过喷雾干燥机进行干燥，其喷雾干燥机的进口温度为100℃～300℃，出口温度为50℃～200℃，压缩空气压力为0.1MPa～3MPa，得到干燥好的前驱体粉末；

四、将步骤三中的前驱体粉末置于回转炉中，通入保护气体和还原气体，保护气体的气流量为0.1～100L／min，还原气体的气流量为0.1～10L／min，前驱体粉末以1～10℃／min的速率升温，在500℃～900℃中烧结4～24小时；

五、将步骤四中烧结后的前驱体粉末自然降温至室温后，进行粉碎，粉碎后的前驱体粉末平均粒径为10～20μm，比表面积为0.3～1.5m²／g，即可制成尖晶石掺杂锰酸锂，其化学式为Li_xMn_2-yM_yO₄，其中M代表金属元素。

所述步骤一中的锂源化合物选自氢氧化锂、磷酸锂、碳酸锂，醋酸锂或磷酸二氢锂的任意一种；所述锰源化合物选自电解二氧化锰、四氧化三锰、醋酸锰，硫酸锰或草酸锰的任意一种；所述掺杂源料选自氧化铬、醋酸铬、三氧化二铝、氧化镁、醋酸镁、硝酸铝、硫酸铝，醋酸钴或醋酸镍的任意一种。所述步骤二中的球磨介质氧化锆球。所述步骤二中的分散剂为去离子水和无水乙醇的混合物，其混合比例为去离子水和无水乙醇的质量比为1∶0.1～1。所述保护气体选自氮气或氩气的任意一种。所述还原气体选自乙炔，甲烷或乙烷的任意一种。

按照上述方案制成的气相沉积法包覆掺杂锰酸锂复合正极材料，通过使用气相沉积法，通过在煅烧阶段气体裂解的碳，均匀的包覆在掺杂锰酸锂颗粒的表面，降低材料的Jahn-Teller效应；抑制锰酸锂材料在电解液中的溶解，达到循环性和高温不衰减的优点。

附图说明

图1为本发明实验例一的二氧化锰原料的电镜照片。

图2为本发明实验例一为气相沉积法包覆掺杂锰酸锂的电镜照片。

图3为本发明实验例一为气相沉积法包覆掺杂锰酸锂的XRD图。

具体实施方式

本发明为气相沉积法包覆掺杂锰酸锂复合正极材料的制备方法，现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。具体的实施方式如下：

实施例一

一种气相沉积法包覆掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

一、将锂源化合物，锰源化合物和掺杂源料，按照锂，锰和掺杂源料中的金属元素M按照摩尔比1∶0.5∶1.5进行混合，得到固体物质；

二、将步骤一中的固体物质与分散剂按照质量比1∶5，搅拌，球磨混合；