[发明专利]一种铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

一种铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。该铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料内部为掺杂锰酸锂，化学式为LiNb_xMn_2‑xF_yO_4‑y，其中0≤x≤0.05，0≤y≤0.1；表面包覆层的化学式为LiAlO₂，质量分数为被包覆材料0.5～2wt％。本发明利用Nb⁵⁺和F^‑对锰酸锂进行掺杂，可以在保证容量的前提下提高尖晶石结构稳定性，抑制充放电过程中Jahn‑Teller效应和Mn³⁺的溶解，而材料表面的LiAlO₂包覆层起到促进Li⁺迁移并抑制锰酸锂与电解液副反应的作用，二者协同作用可以有效提升材料的循环稳定性和高速充放电能力，从而满足各种使用条件。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池已被广泛应用于电子设备、电动汽车及储能系统之中。锂离子电池的性能关键取决于正极材料，在众多锂离子电池正极材料中，尖晶石LiMn₂O₄因成本低、锰资源丰富、安全性能高、环境友好、无毒等优势成为一种非常有潜力的材料。然而，尖晶石LiMn₂O₄在循环过程中容量衰减严重，特别是在高温(55℃)下，这主要是Mn的溶解，Jahn-Teller效应和电解液的分解导致。因此需要对LiMn₂O₄材料进行改性以扩大其应用范围。

目前针对LiMn₂O₄常用的改性方法包括体相掺杂和表面包覆。体相掺杂可以提高尖晶石结构稳定性抑制Jahn-Teller效应，但不能阻止材料表面Mn的溶解；表面包覆可以阻止正极材料与电解液直接接触从而抑制副反应与Mn的溶解，但过厚的包覆层及惰性包覆材料会增加电荷转移阻抗，导致材料倍率性能较差。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备优异循环稳定性与倍率性能的铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料，所述掺杂锰酸锂的化学式为LiNb_xMn_2-xO₄，其中0≤x≤0.05，0≤y≤0.05；

所述掺杂锰酸锂表面的铝酸锂包覆层的化学式为LiAlO₂，所述铝酸锂包覆层的质量分数为被包覆材料掺杂锰酸锂的0.5～2wt％。

基于一个总的发明构思，本发明另一个目的在于提供上述铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锂源、锰源、铌源、氟源放入行星球磨机中，将乙醇作为溶剂球磨，干燥之后，得到前驱体粉末；

(2)将前驱体粉末置于管式烧结炉中烧结并保温，随炉冷却后研磨过筛，得到掺杂锰酸锂；

(3)将铝源和锂源加入去离子水一中充分搅拌，得到铝锂溶液；

(4)将步骤(2)的掺杂锰酸锂加入去离子水二中超声分散，得到分散液；

(5)将步骤(3)的铝锂溶液加入到步骤(4)的分散液中充分搅拌至溶剂乙醇蒸干，得到基础材料；

(6)将步骤(5)的基础材料真空干燥后，置于管式炉中烧结并保温，随炉冷却后研磨过筛，得到铝酸锂包覆的掺杂锰酸锂正极材料。