一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106356509A(43)申请公布日2017.01.25(21)申请号201610875211.9(22)申请日2016.09.29(71)申请人华东理工大学地址200237上海市徐汇区梅陇路130号华东理工大学(72)发明人徐云龙王清清罗磊(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/505(2010.01)H01M4/525(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂及其制备方法(57)摘要本发明实施公开了一种基于溶胶凝胶法包覆改性锰酸锂及其制备方法。其中，镍掺杂锰酸锂材料先按照一定化学计量比称取一水合氢氧化锂、四水合醋酸镍、四水合醋酸锰和柠檬酸，加入去离子水混合均匀，其中柠檬酸作螯合剂溶胶凝胶法制取镍掺杂锰酸锂材料。将制得的镍掺杂锰酸锂和四水合醋酸钴进行混合，研磨，在管式炉煅烧制备得到四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料。利用本发明技术方案制备的复合材料具有优异的循环稳定性能，倍率性能和高温性能。CN106356509ACN106356509A权利要求书1/1页1.一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料，其特征在于，所述材料的组成可由化学式LiNixMn2-xO4/Co3O4表示，Co3O4含量占所述物质质量的0～5%。2.一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料的方法，其特征在于，所述制备方法包括如下两个步骤：（1）镍掺杂锰酸锂制备：按照一定化学计量比称取一水合氢氧化锂、四水合醋酸镍、四水合醋酸锰和柠檬酸，加入适量去离子水，进行搅拌半小时，之后转移到油浴锅中升温至80℃，调节PH至7.5保温一段时间直至获得棕色油状凝胶，再将凝胶微波干燥后得到白色干凝胶，干凝胶研磨成粉后置于管式炉中在空气气氛中以5℃升温速率至750℃保温10小时后得到镍掺杂锰酸锂材料；（2）四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料制备：将步骤（1）得到的镍掺杂锰酸锂材料与四水合醋酸钴按一定计量比混合，研磨，将所得混合物加入无水乙醇超声30分钟，然后置于干燥箱80℃烘干，12小时取出研磨后将所得粉末置于管式炉中在空气气氛中以5℃升温速率至400℃保温3小时，即得目标产物四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料。3.根据权利要求2所述的制备四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料的方法，其特征在于，所述镍掺杂为微量掺杂，掺杂量为1～5%。4.根据权利要求2所述的制备四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂复合材料的方法，其镍掺杂锰酸锂制备所用方法为以柠檬酸为螯合剂的溶胶凝胶法，四氧化三钴包覆改性的方法为热解法，其中掺杂元素也可为铁、钴和锰等过渡金属元素。2CN106356509A说明书1/2页一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂及其制备方法技术领域[0001]本发明属于电池关键材料和技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料改性及其制备方法，特别是一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂及其制备方法。背景技术[0002]尖晶石型LiMn2O4由于来源广、成本低、合成工艺简单、环境友好等特点，被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料。但是，LiMn2O4材料容易在充放电循环过程中发生Jahn-Teller效应和Mn的溶解，导致不可逆的容量衰减，极大限制了其商业化应用。[0003]针对LiMn2O4材料循环过程中Jahn-Teller效应和Mn的溶解问题，研究表明掺杂和Mn离子半径相当的过渡金属元素能有效减少Jahn-Teller效应，在锰酸锂材料的表面包覆均一的保护层，能有效降低Mn的溶解问题，改善锰酸锂的循环稳定性能。将四氧化三钴包覆层引入锰酸锂，可以有效防止电解液中的氢氟酸和锰酸锂的接触，防止Mn的溶解，对锰酸锂电极材料起到一个保护的作用。研究表明通过掺杂将镍离子引入到LiMn2O4晶体中提高结构稳定性，改善其电化学性能是有效的改性手段。通过掺杂可以有效的抑制Jahn-Teller效应，改善循环性能。发明内容[0004]本发明的目的在于克服现有纯的锰酸锂材料在充放电循环过程中发生Jahn-Teller效应和Mn的溶解导致循环性和高温性差的弊端，提出一种四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂及其制备方法。即通过包覆四氧化三钴层和镍掺杂改善锰酸锂的Jahn-Teller效应和Mn的溶解问题，进而改善材料循环和高温性能的方法。本发明技术方法制备的四氧化三钴包覆改性镍掺杂锰酸锂正极材料显示出优异的电化学性能。[0005]本发明的技术方案：（1）镍掺杂锰酸锂制备：按照一定化学计量比称取一水合氢氧化锂、四水合醋酸镍、四水合醋酸锰和柠檬酸，进行搅拌，搅拌半小时后放入