一種稀土鑭摻雜型錳酸鋰的制備方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種稀土鑭摻雜型錳酸鋰的制備方法，該摻雜型錳酸鋰用于鋰離子電池正極材料，它屬于新能源技術領域。本發(fā)明專利技術的步驟如下：將鑭鹽、錳鹽和鋰源溶解在無水乙醇溶液中，不斷攪拌的情況下滴加一定劑量的飽和絡合劑溶液，繼續(xù)攪拌得到粉紅色的濕凝膠。真空干燥８－１２小時，在馬弗爐中３００－５００℃煅燒４－８小時，在惰性氣氛保護下，在管式爐中８００℃煅燒８小時，即所得產物。該產品具有優(yōu)異的物理化學和電化學性能，是優(yōu)良的鋰離子電池正極材料。本發(fā)明專利技術方法簡單、原料易得，能耗低、效率高，全過程自動監(jiān)控，并且產品具有優(yōu)異的物理化學和電化學性能，是優(yōu)良的鋰離子電池正極材料。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及，該摻雜型錳酸鋰用于鋰離子電池正極材料，它屬于新能源

技術介紹
目前，商業(yè)化的鋰離子電池正極材料主要有鈷算鋰，但由于鈷在自然界中的含量極低，價格昂貴，并且有毒性，限制其發(fā)展。而錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料，由于錳源豐富，價格低廉，且無毒性，使得錳酸鋰逐漸取代鈷酸鋰成為鋰離子電池材料產業(yè)化的一種趨勢。尖晶石的錳酸鋰電化學性能有一定的優(yōu)勢，，幾乎但也存在一定的缺點有John-teller失真。摻雜可以提高晶格的無序化程度，增強尖晶石結構的穩(wěn)定性，當摻雜離子的價態(tài)< =3時，會降低Mn3+離子的含量，從而抑制放電過程中的John-teller效應。稀土離子的離子半徑比Mn3+大，能與錳酸鋰材料形成良好的固溶體，有利于Li+的嵌入與脫出。摻雜稀土元素對提高鋰離子電池正極材料的容量和穩(wěn)定性都非常有利。 關于鋰離子電池正極材料錳酸鋰的制備方法，主要有兩種一種高溫固相法，另一種是液相合成法。采用液相法中的溶膠凝膠方法能夠在分子或原子級水平上均勻混合，可以得到尺寸相對均一的顆粒。本專利技術采用溶膠凝膠的方法，以檸檬酸為絡合劑，制得尖晶石錳酸鋰并對其進行摻雜，通過改變摻雜物的含量，來得到電化學性能優(yōu)異的鋰離子電池正極材料。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的就是提供，摻雜修飾了錳酸鋰材料的電化學性能。 本專利技術的目的是通過下列技術方案實現(xiàn)的 —種稀土鑭摻雜型錳酸鋰的制備方法的工藝步驟按下述步驟進行(1)、按照摩爾比x : (i-x) : x稱量一定量的鑭鹽、錳鹽和鋰源； (2)、將上述三種物質用無水乙醇溶解，攪拌； (3)、稱取一定量的絡合劑，用無水乙醇溶解，攪拌； (4)、向步驟(2)中的混合液中滴加一定劑量的飽和絡合劑溶液，攪拌2-3小時得到粉紅色的濕凝膠； (5)、將步驟(3)所得濕凝膠在90-ll(TC下真空干燥8-12小時； (6)、將步驟(4)干燥后的產物在馬弗爐中300-50(TC煅燒4_8小時； (7)、將步驟(5)中煅燒后的產物放入管式爐中，在惰性氣體的保護下煅燒8小時即得產物。 所述鑭鹽為硝酸鑭、醋酸鑭、氯化鑭中的一種。 所述錳鹽為醋酸錳、硝酸錳、硫酸錳、氯化錳中的一種。 所述鋰源為硝酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰中的一種。 所述絡合劑為檸檬酸、乙二胺、草酸中的一種。 所述惰性氣氛為氬氣、氫氣和氧氣的混合氣體中的一種。 將所制備的錳酸鋰作為電極活性物質與乙炔黑溶解于二甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液以一定的比例混合均勻后，涂覆在一定尺寸的鋁箔上，在干燥箱中干燥6小時，然后在對輥機上壓制成0. 05-0. 15nm的薄片，然后在真空干燥箱中IO(TC干燥12小時，制成電極片，測試其電化學性能。 本專利技術采用溶膠凝膠法合成了錳酸鋰，通過稀土摻雜來提高其電化學性能。與已有技術相比，該方法簡單、原料易得，能耗低、效率高，全過程自動監(jiān)控，并且產品具有優(yōu)異的物理化學和電化學性能，是優(yōu)良的鋰離子電池正極材料。具體實施方式 實施例1 稱取0. 01摩爾的硝酸鑭，0. 99摩爾的硝酸錳，0. 01摩爾的硝酸鋰；將稱量好的上述三種反應物溶解在無水乙醇中，攪拌1小時；配置2M檸檬酸溶液，采用無水乙醇作為溶劑；將檸檬酸溶液逐滴加入到上述三種溶液的混合液中，攪拌2小時，溶液逐漸變成粉紅色的濕凝膠；將所得濕凝膠放入真空干燥箱中，在10(TC下干燥8小時；將干燥后的產物放在馬弗爐中30(TC煅燒8小時，冷卻后取出產物；將段稍后的產物再放入管式爐中，通入氫氣和氮氣的混合氣氛，密閉，以10°C /min的速度升溫至80(TC，保溫6小時。冷卻降至室溫，取出產物即為所得錳酸鋰粉體材料。將所制備的錳酸鋰作為電極活性物質與乙炔黑溶解于二甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液以一定的比例混合均勻后，涂覆在一定尺寸的鋁箔上，在干燥箱中干燥6小時，然后在對輥機上壓制成0. 05-0. 15nm的薄片，然后在真空干燥箱中10(TC干燥12小時，制成電極片，測試其室溫下首次放電比容量為130mAh/g。 實施例2 稱取0. 01摩爾的硝酸鑭，0. 99摩爾的硝酸錳，0. 01摩爾的硝酸鋰；將稱量好的上述三種反應物溶解在無水乙醇中，攪拌1. 5小時；配置3M乙二胺溶液，采用無水乙醇作為溶劑；將乙二胺溶液逐滴加入到上述三種溶液的混合液中，攪拌2小時，溶液逐漸變成粉紅色的濕凝膠；將所得濕凝膠放入真空干燥箱中，在9(TC下干燥10小時；將干燥后的產物放在馬弗爐中40(TC煅燒6小時，冷卻后取出產物；將段稍后的產物再放入管式爐中，通入氫氣和氮氣的混合氣氛，密閉，以10°C /min的速度升溫至80(TC，保溫6小時。冷卻降至室溫，取出產物即為所得錳酸鋰粉體材料。將所制備的錳酸鋰作為電極活性物質與乙炔黑溶解于二甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液以一定的比例混合均勻后，涂覆在一定尺寸的鋁箔上，在干燥箱中干燥6小時，然后在對輥機上壓制成0. 05-0. 15nm的薄片，然后在真空干燥箱中10(TC干燥12小時，制成電極片，測試其室溫下首次放電比容量為136mAh/g。 實施例3 稱取0. 03摩爾的硝酸鑭，0. 97摩爾的硝酸錳，0. 03摩爾的硝酸鋰；將稱量好的上述三種反應物溶解在無水乙醇中，攪拌2小時；配置5M檸檬酸溶液，采用無水乙醇作為溶劑；將檸檬酸溶液逐滴加入到上述三種溶液的混合液中，攪拌2小時，溶液逐漸變成粉紅色的濕凝膠；將所得濕凝膠放入真空干燥箱中，在IO(TC下干燥10小時；將干燥后的產物放在馬弗爐中50(TC煅燒8小時，冷卻后取出產物；將段稍后的產物再放入管式爐中，通入氫氣和氮氣的混合氣氛，密閉，以10°C /min的速度升溫至80(TC，保溫6小時。冷卻降至室溫，取出產物即為所得錳酸鋰粉體材料。將所制備的錳酸鋰作為電極活性物質與乙炔黑溶解于二甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液以一定的比例混合均勻后，涂覆在一定尺寸的鋁箔上，在干燥箱中干燥6小時，然后在對輥機上壓制成0. 05-0. 15nm的薄片，然后在真空干燥箱中10(TC干燥12小時，制成電極片，測試其室溫下首次放電比容量為140mAh/g。 實施例4 稱取0. 03摩爾的硝酸鑭，0. 97摩爾的硝酸錳，0. 03摩爾的硝酸鋰；將稱量好的上述三種反應物溶解在無水乙醇中，攪拌2小時；配置3M草酸溶液，采用無水乙醇作為溶劑；將草酸溶液逐滴加入到上述三種溶液的混合液中，攪拌2小時，溶液逐漸變成粉紅色的濕凝膠；將所得濕凝膠放入真空干燥箱中，在10(TC下干燥10小時；將干燥后的產物放在馬弗爐中50(TC煅燒4小時，冷卻后取出產物；將段稍后的產物再放入管式爐中，通入氫氣和氮氣的混合氣氛，密閉，以10°C /min的速度升溫至80(TC，保溫6小時。冷卻降至室溫，取出產物即為所得錳酸鋰粉體材料。將所制備的錳酸鋰作為電極活性物質與乙炔黑溶解于二甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液以一定的比例混合均勻后，涂覆在一定尺寸的鋁箔上，在干燥箱中干燥6小時，然后在對輥機上壓制成0. 05-0. 15nm的薄片，然后在真空干燥箱中IO(TC干燥12小時，制成電極片，測試其室溫下首次放電比容量為138mAh/g。權利要求，其特本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種稀土鑭摻雜型錳酸鋰的制備方法，其特征在于按下述步驟進行：（１）、按照摩爾比ｘ∶（１－ｘ）∶ｘ稱量一定量的鑭鹽、錳鹽和鋰源；（２）、將上述三種物質用無水乙醇溶解，攪拌；（３）、稱取一定量的絡合劑，用無水乙醇溶解，攪拌；（４）、向步驟（２）中的混合液中滴加一定劑量的飽和絡合劑溶液，攪拌２－３小時得到粉紅色的濕凝膠；（５）、將步驟（３）所得濕凝膠在９０－１１０℃下真空干燥８－１２小時；（６）、將步驟（４）干燥后的產物在馬弗爐中３００－５００℃煅燒４－８小時；（７）、將步驟（５）中煅燒后的產物放入管式爐中，在惰性氣體的保護下煅燒８小時即得產物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫琦，朱小奕，胡章勇，
申請(專利權)人：孫琦，
類型：發(fā)明
國別省市：95[中國|青島]