[发明专利]二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂及其制备方法。该制备方法包括下述步骤：将氢氧化钠的水溶液和三氧化二锰于160‑200℃下进行微波水热反应，得前驱体；将硝酸锂、氯化钾和前驱体在450‑500℃下进行熔融盐反应，得尖晶石富锂锰酸锂；将尖晶石富锂锰酸锂分散到氯化钌的水溶液中，然后加入氢氧化钠的水溶液，之后将分离得到的固体在150‑180℃下反应即可。本发明制得的二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂在富锂锰酸锂表面包覆一层二氧化钌，一方面RuO₂能够增加表面Li⁺和电子的传导，另一方面RuO₂避免了富锂锰酸锂与电解液的直接接触，提高了晶体结构的稳定性，进而改善了富锂锰酸锂的高温存储和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂及其制备方法。

背景技术

尖晶石锰酸锂由于具备稳定的结构和三维快速锂离子扩散通道，从而拥有优良的安全性能和快速充放电能力，同时锰元素的储量丰富、价格低廉且对环境友好，使该材料在大型动力电池领域得到广泛应用，但是它仍然存在缺陷，由于结构稳定性、Jahn-Teller效应以及锰的溶解等因素，导致尖晶石锰酸锂在循环过程中出现容量衰减的问题。

目前可采用表面包覆的方法，以有效阻止锰的溶出问题，避免Mn³⁺与电解液接触的部分产生歧化反应，进而提高材料的电化学性能。然而，专利CN105914366A公开了一种包覆硼的氧化物的尖晶石富锂锰酸锂的制备方法，专利CN105958034A公开了一种包覆硅氧化物的尖晶石富锂锰酸锂材料的制备方法，两者均采用富锂锰酸锂和待包覆的氧化物直接混合的方法，但两者所用的原料均属于难溶的固体粉末，很难实现均相混合；专利CN105932263A采用固相烧结法制备富锂锰酸锂，结晶度不好，导致包覆后材料的整体性能不理想。

因此，研发一种电化学性能好的尖晶石富锂锰酸锂材料是亟待解决的问题。

发明内容

本发明实际所要解决的技术问题是为了克服现有技术中尖晶石锰酸锂在循环过程中由于Mn的溶解和其它副反应导致其容量衰减、循环性能差，以及固相烧结法制备富锂锰酸锂，所得富锂锰酸锂结晶度不好进而导致包覆后材料的整体性能不理想等缺陷，提供了一种二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂及其制备方法。本发明制备的尖晶石富锂锰酸锂的粒径小且均匀、结晶度高，且具有较高比容量，制备工艺简单，对环境友好、后期处理温度低、反应周期短；本发明制备得到的二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂在富锂锰酸锂表面包覆一层二氧化钌，RuO₂一方面能够增加表面Li⁺和电子的传导，另一方面避免了富锂锰酸锂与电解液的直接接触，提高了晶体结构的稳定性，进而改善了富锂锰酸锂的高温存储和循环性能。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种二氧化钌包覆尖晶石富锂锰酸锂的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将氢氧化钠的水溶液和三氧化二锰于160-200℃下进行微波水热反应，得前驱体；

(2)将硝酸锂、氯化钾和步骤(1)得到的前驱体在450-500℃下进行熔融盐反应，得尖晶石富锂锰酸锂；

(3)将步骤(2)得到的尖晶石富锂锰酸锂分散到氯化钌的水溶液中，然后向其中加入氢氧化钠的水溶液，之后将分离得到的固体在150-180℃下反应即可；

步骤(1)和(2)中，所述三氧化二锰、所述氢氧化钠、所述硝酸锂和所述氯化钾的质量比为(0.8-1.2)：(8-12)：(0.56-0.84)：(1.38-2.06)；

步骤(3)中，所述尖晶石富锂锰酸锂、所述氯化钌和所述氢氧化钠的质量比为100：(1.56-15.6)：(0.92-9.2)。

步骤(1)中，所述氢氧化钠的水溶液的浓度可为常规，例如可为4-6mol/L。