[发明专利]一种高性能锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料，尤其涉及一种高性能锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是二十世纪末发展起来的一种新型的绿色环保电池。正极材料的设计与选材对锂离子电池的发展尤为重要。由于Mn资源在自然界中丰富，LiMn₂O₄的尖晶石相结构又相对稳定，制备简单，且对环境友好，因此，制备性能优良的锰酸锂正极材料，对于锂离子电池的进一步商业化有着重要的意义，目前通过现有技术已经合成出具有稳定的尖晶石结构的LiMn₂O₄正极材料，该LiMn₂O₄正极材料不仅具有高的比容量，而且具有较好的循环稳定性，材料在储能型锂电池、动力型储能锂电池、笔记本电脑、电动汽车、无线电话、导弹点火系统等方面得到广泛的应用。然而对于现有技术合成的LiMn₂O₄正极材料而言尚且存在一些缺陷(比如循环性能较差、高温储存性能较差等)需进一步改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足而提供一种高性能锰酸锂正极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种高性能锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锰源、锂源和掺杂添加剂M按照通式LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)的比例进行混合，充分球磨后的混合物进行600-700℃预烧结形成预烧结产物，将所述预烧结产物进行700-800℃的二次烧结、研磨处理形成LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)体相掺杂粉体；

(2)将所述成LiM_xMn_(2-x)O₄(x＝0-1)体相掺杂粉体与石墨烯粉体按比例进行湿法研磨混合均匀，形成石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄混合粉体；

(3)将所述石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄混合粉体分散于硝酸铝溶液中，加入氨水调节溶液pH值，经过沉积、干燥、球磨及热处理形成前驱物粉体；

(4)对所述前驱物粉体进行二次热处理，经冷却、粉碎、分级后得目标产物石墨烯-LiM_xMn_(2-x)O₄正极材料。

进一步地，所述锂源为碳酸锂、乙酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合；所述锰源为碳酸锰、乙酸锰、草酸锰中的一种或多种的混合。

进一步地，步骤(1)中所述掺杂添加剂M为Ni、Al、Ti、Zr、Ge和Sn中的一种或几种。

进一步地，步骤(2)中LiM_xMn_(2-x)O₄体相掺杂粉体与石墨烯粉体的质量比为10:0.1-1。

进一步地，步骤(3)中热处理温度为450℃-600℃。

进一步地，步骤(4)中二次热处理温度为750℃-1000℃。

本发明有益效果在于：本发明提供的一种高性能锰酸锂正极材料的制备方法，通过掺杂和双重包覆技术提高了尖晶石型LiMn₂O₄正极材料的结构稳定性，减小电极的极化，抑制尖晶石型LiMn₂O₄颗粒表面的Jahn-Teller效应，同时由于添加了具有优良的电化学性能的石墨烯，能更好的传递Li⁺离子，利于Li⁺离子的扩散，因此提高了尖晶石型LiMn₂O₄正极材料的循环性能和储能性能。

附图说明

图1为实施例2所合成石墨烯-LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的首次充放电特性曲线；

图2为实施例2所合成石墨烯-LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的室温循环特性曲线；