一种掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料及其制备方法，其中掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料的分子式为LiMn_2-x-yM_xN_yO₄，式中M和N为掺杂元素且选自Al、Mg、Cr、Co中的任意两种，式中0＜x+y＜0.6。本发明的掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料，两个金属元素M、N作为表相掺杂物能明显的改善纯锰酸锂的结构，进一步降低3价Mn的比例，增加结构的稳定性，抑制Jahn-Teller效应；同时抑制锰酸锂表面Mn溶解，从而提高了锰酸锂的循环性能和高低温性能，同时表相掺杂可以在同等掺杂效果的情况下，减小掺杂量，有利于降低材料成本。本发明的尖晶石型锰酸锂电极材料的应用，其特征在于适用于功率较大的电动工具和电动车锂电池。

主权项

一种掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料的制备方法，其特征在于：该电极材料的分子式为LiMn_2‑x‑yM_xN_yO₄，式中M和N为掺杂元素且选自Al、Mg、Cr、Co中的任意两种，式中0＜x+y＜0.6；是由锂源化合物、锰源化合物和金属元素掺杂化合物为原料制备而成，具体包括如下步骤：1)溶液的配置：溶液A：将锰源化合物配制成Mn²⁺浓度为0.2～1.0mol/L的锰源化合物水溶液，按照分子式中的配比取金属元素M掺杂化合物或金属元素N掺杂化合物并溶解于锰源化合物水溶液中，得到溶液A；溶液B：将缓冲剂配制成0.2～1.5mol/L的缓冲剂水溶液，得到溶液B；2)前躯体制备：将步骤1)中的溶液A和溶液B以2.0～8.0L/h的流速合并，调节体系的pH值在6.5～9.5之间，在40～60℃下保温并持续搅拌2～6h，过滤、干燥得到前躯体沉淀；3)前躯体的处理：将步骤2)得到的前躯体沉淀在500～650℃下保温处理4～6h；4)前躯体的包覆：将步骤3)处理后的前躯体加入到另一种金属元素掺杂化合物水溶液中，即金属元素N掺杂化合物水溶液或金属元素M掺杂化合物水溶液，搅拌均匀后喷雾干燥，得到包覆前躯体；5)混料：将步骤4)得到的包覆前躯体与锂源化合物混合，控制摩尔比Li：(Mn+M+N)＝0.5～0.6：1；6)烧结：将步骤5)混合后的混合料在400～600℃条件下烧结4～8h，然后升温至650～900℃烧结12～24h，冷却后过300目筛，得到掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料。