[發明專利]摻雜有鎂的錳尖晶石、包含其的陰極材料、其制備方法和包含這樣的尖晶石的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201880064503.1
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN111418094A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 馬里奧·桑德羅·格拉赫達塞加拉;阿列克謝·溫莎·盧斯科基斯佩;斯維特拉娜·尼古拉耶芙娜·烏沙克德格拉赫達
• 申請（專利權）人: 安托法加斯塔大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

1.一種式為LiMg_0.05Mn_1.95O₄的摻雜有鎂的錳尖晶石的制備方法，包括：

使用鋰原料和錳原料：Li₂CO₃、Mn(CH₃COO)₂和Mg(OH)₂，采用以下步驟，借助于超聲波輔助的溶膠-凝膠法合成純尖晶石：

)制備第一溶液，所述第一溶液對應于在室溫下將化學計量量的金屬離子前體Li₂CO₃、Mn(CH₃COO)₂和Mg(OH)₂溶解在蒸餾水中；

b)制備第二溶液，所述第二溶液對應于將有機前體乙二醇和檸檬酸溶解在蒸餾水中；

c)在持續攪拌下將步驟a)和步驟b)中獲得的所述溶液混合；

d)將由步驟c)得到的溶液的pH調節在7至7.5的范圍內；

e)使步驟d)中獲得的溶膠經歷聲處理，然后加熱以蒸發水并獲得凝膠，隨后將所述凝膠干燥；

f)將步驟e)中獲得的合成前體研磨并煅燒，由此獲得摻雜有鎂的尖晶石(LiMg_xMn_2-xO₄)。

2.根據權利要求1所述的方法，包含具有電池級≥99.5％的Li₂CO₃作為所述原料之一。

3.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟d)中，通過添加氫氧化銨調節pH。

4.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟e)中，使用超聲波浴進行所述聲處理。

5.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟e)中，將所述溶膠加熱至80℃。

6.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟e)中，所述干燥在175℃下進行。

7.根據權利要求1所述的方法，其中步驟f)的所述煅燒在空氣氣氛中在500℃下進行4小時以及在750℃下進行12小時。

8.一種使用式為LiMg_0.05Mn_1.95O₄的摻雜有鎂的錳尖晶石制備用于鋰離子電池的單電池的陰極涂層的方法，包括：

a)制備在NMP溶液(n-甲基吡咯烷酮)中的90重量％的根據權利要求1至7中任一項制備的摻雜Mg的尖晶石、5重量％的作為導電添加劑的炭黑和5重量％的作為粘合劑的PVDF(聚偏二氟乙烯)的混合物所組成的懸浮體；

b)通過逐個添加電極的不同成分LiMg_0.05Mn_1.95O₄陰極活性材料、導電添加劑和粘合劑，將步驟a)中制備的所述懸浮體混合，使團聚最小化并且確保均勻性；

c)將b)中獲得的所述懸浮體沉積在Al紙上并干燥以將所述懸浮體固定從而獲得陰極涂層；

d)任選地對所述陰極涂層進行壓延以改善陰極懸浮體在所述Al紙上的粘附性并且確定所述涂層的孔隙度；

e)真空干燥以除去所有的水分。

9.一種式為LiMg_0.05Mn_1.95O₄的摻雜有鎂的錳尖晶石，包括對于CuKα輻射在2θ角為18.45、35.66、37.28、43.33、47.42、57.27、62.92、66.19處具有八個特征峰的衍射圖，所述特征峰分別對應于晶面(1 1 1)、(3 1 1)、(2 2 2)、(4 0 0)、(3 3 1)、(5 1 1)、(4 4 0)和(5 3 1)。

10.根據權利要求9所述的尖晶石，其中所述尖晶石的活性粉末具有球狀的形態和125nm的平均顆粒尺寸。