[發明專利]一種鎂摻雜制備高性能錳酸鋰正極材料的方法在審

申請號：	201811289139.7	申請日：	2018-10-31
公開（公告）號：	CN109411744A	公開（公告）日：	2019-03-01
發明（設計）人：	向明武;郭俊明;于月;劉曉芳;白瑋;蘇長偉	申請（專利權）人：	云南民族大學
主分類號：	H01M4/485	分類號：	H01M4/485;H01M4/505;H01M10/0525
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	650504 云南***	國省代碼：	云南;53
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摘要：
搜索關鍵詞：	鎂摻雜正極材料制備錳酸鋰正極材料制備高性能燃燒反應研磨分散液馬弗爐漿料預設取出高溫循環穩定性尖晶石型錳酸鋰焙燒發明制備工藝機械攪拌混合放電比容量晶粒倍率性能機械攪拌顆粒分布空氣氣氛直接加熱制備產物摻雜劑瓷坩鍋錳酸鋰水混合放入固液冷卻燃料
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【說明書】：

本發明涉及一種鎂摻雜制備高性能尖晶石型錳酸鋰正極材料的方法。鎂摻雜錳酸鋰的化學式為LiMg_xMn_2?xO₄（x=0.02?0.10）。具體方法是制備摻雜劑分散液、制備燃料劑分散液、混合和制備產物等步驟，機械攪拌均勻后得到反應混合物漿料置于瓷坩鍋中，然后在預設溫度為500℃的馬弗爐中，在空氣氣氛下燃燒反應1 h，取出在空氣中自然冷卻，研磨后放入預設溫度為650℃馬弗爐中焙燒6 h，取出在空氣中冷卻、研磨后得到LiMg_xMn_2?xO₄（x=0.02?0.10）正極材料。本發明采用固液水混合體系，具有機械攪拌混合時間短，反應混合物漿料不需要干燥，直接加熱進行燃燒反應等優點。本發明制備工藝簡單、快速、能夠制備出結晶良好、晶粒細小和顆粒分布均勻的鎂摻雜錳酸鋰正極材料，具有較高的放電比容量、良好的倍率性能和高溫循環穩定性，明顯優于現有的LiMn₂O₄正極材料。

技術領域

本發明涉及一種高性能鎂摻雜錳酸鋰LiMn₂O₄正極材料及所述鎂摻雜錳酸鋰LiMn₂O₄正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高、自放電率低、無記憶效應和環境友好等優點，成為理想的綠色化學儲能電源已被廣泛應用于便攜式電子產品、無人機以及高能量密度的電動汽車等領域。正極材料是決定鋰離子電池的容量發揮的主要因素之一，尖晶石LiMn₂O₄正極材料以其錳資源豐富、價廉、無毒、安全性好、環境友好等優點被廣泛關注，最有可能替代已商品化的鈷酸鋰正極材料。但尖晶石LiMn₂O₄正極材料存在的Jahn-Teller效應和錳溶解問題，導致在充放電循環過程中容量快速衰減，尤其是高溫（≧55 ℃）性能差，阻礙其發展。針對尖晶石LiMn₂O₄容量衰減的問題，目前主要集中在包覆和元素摻雜兩個方面，通過提高材料的導電性和抑制錳溶解來改善LiMn₂O₄正極材料的電化學性能。摻雜陽離子取代尖晶石結構中的Mn³⁺是抑制Jahn-Teller效應和提高材料結構穩定性最為有效的方法，常見的過渡金屬元素有Mg、Fe、Zn、Al、Ni、Cu、Co等。其中，鎂摻雜的錳酸鋰研究結果表明，通過Mg摻雜替代尖晶石結構中的Mn，雖然降低了材料的初始放電比容量，但有效地提高了材料的結構穩定性，加強材料的電化學循環性能和倍率性能。譬如，Zhang H等人，題目“Microwave synthesis of LiMg_0.05Mn_1.95O₄ and electrochemical performance atelevated temperature for lithium-ion batteries”，《Journal of Solid StateElectrochemistry》，2014, 18:569-575；Nakamura T等人，題目“Synthesis and magneticstudy on Mg²⁺-substituted Li-Mn spinel oxides”，《Journal of Physics andChemistry of Solids》，2008, 69: 2349- 2355；Jeong I S等人，題目“Electrochemicalproperties of LiNi_yMn_2-yO₄ spinel phase for rechargeable lithium Batteries”，《Journal of Power Sources》，2001, 102: 55-59。