[发明专利]一种铝掺杂、包覆的锰酸锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种铝掺杂、包覆的锰酸锂电池正极材料及制备方法。所述锰酸锂电池正极材料由以下步骤制得：a、制备硫酸锰溶液；b、制备高锰酸钾溶液；c、将硫酸锰溶液、高锰酸钾溶液混合后加入可溶性氟硅酸钠，反应后得到球形二氧化锰粉末；d、将球形二氧化锰粉末和碳酸锂粉末混合后倒入铝溶胶中，通过连续挤出机，升温处理并高温焙烧，制得铝掺杂、包覆的锰酸锂电池正极材料。所述方法具有以下有益效果：本发明制得的正极材料的球形度好，颗粒粒度均匀，形貌规则，性能优异，通过利用铝对锰酸锂进行包覆、掺杂双功能改性，提高了电池的循环性能和高温性能，同时制备工艺操作简单，成本较低，生产效率高。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及锂电池正极材料的制备，尤其是涉及一种铝掺杂、包覆的锰酸锂电池正极材料及制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已被广泛的应用于手机、笔记本等便携式电子设备。随着矿石燃料的过度消耗及环境污染问题的加剧，锂离子电池由于工作电压高、能源密度大、循环寿命长、绿色环保等优点开始作为动力电池应用于汽车行业。商业化的锂离子正极材料中，锰酸锂相比钴酸锂等传统正极材料，具备的低成本、资源丰富、环境友好、安全性好等优点使其成为前景较好的锂离子正极材料的选择之一。但是锰酸锂高温循环性能和结构稳定性较差，阻碍了锰酸锂正极材料的规模化应用。究其原因，锰酸锂在高温环境下或者在常温下随着充放电次数的增加，其内部结构发生了畸变，导致材料的电性能急剧降低；此外，在高温状态下传统电解液体系不稳定而产生分解以及电解液体系下正极材料中的Mn溶解，也是导致锰酸锂正极材料循环性能不好、高温循环性能降低的原因。近年来，通过阴离子、阳离子或多元体相掺杂的方式，稳定锰酸锂骨架结构，减缓了其在高温时发生的Jahn-Teller效应的发生，以达到改善其循环性能的效果；以及进行表面包覆，阻止锰酸锂材料与电解液直接接触，减少Mn元素的溶解损失。近年来，对于锰酸锂正极材料的性能提升的研究越来越受到重视。

专利申请号201610004716.8公开了一种高性能球形锰酸锂系正极材料的制备方法，（1）先采用液相法将锰源和含掺杂元素M的化合物、以及锂源化合物均匀混合，（2）再采用喷雾干燥法制备出球形锰酸锂前躯体，（3）然后进行烧结、粉碎过筛制备出高性能的球形锰酸锂正极材料。

专利申请号201810230751.0公开了一种锰酸锂正极材料及其制备方法，由碳酸锂、二氧化锰、磷酸锂、氟化铝和蔗糖组成，制备尖晶石型锰酸锂时，在锰酸锂颗粒表面包覆一层磷酸锂，并在锰酸锂体相中掺入氟元素和铝元素，从而有效的提高锰酸锂在循环过程中的结构稳定性，抑制锰的溶解并保护电极材料不受电解液中氢氟酸的腐蚀，并有效提高锰酸锂电池的首次库伦效率和循环性能；本发明制备方法简单，成本低，易实现工业化。

专利申请号201810401717.5公开了一种锂电池用尖晶石型锰酸锂正极材料的包覆方法，该方法包括以下步骤：（1）将摩尔比为1:67的镍盐和无水乙醇用纯水配制得到混合溶液A；（2）配制得到沉淀剂B；（3）将锰酸锂和纯水搅拌均匀，配制得到溶液C；（4）将上述两种溶液A、B同时加入反应釜，搅拌混匀后，再将溶液C加入到反应釜进行沉淀反应，然后过滤，得到包覆型锰酸锂前驱体浆料；（5）将锂盐与上述包覆型锰酸锂前驱体浆料混合至均匀，干燥，得到包覆前驱体；（6）将得到的包覆前驱体进行高温煅烧，冷却至室温，粉碎，过筛得到锂电池用尖晶石型锰酸锂正极材料。

专利申请号201710973600.X公开了一种锰酸锂电池正极材料，其包括以下质量分数的成分：锰酸锂350~450份、硼酸10~15份、镍1~2份、钒2~3份、银100~150份、镧4~6份、镁2~3份、铬2~3份，硅1~2份、氧化铁1~2份和氧化钛1~2份。此发明添加了银、钛和镧等改性元素，利用具有高导电性、导热性、化学性质稳定、活跃性低的银及其与稀土元素镧结合的性能，不仅可保证制备的锰酸锂电池正极材料的结构稳定，而且可大大延长材料的使用寿命。