一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及正极薄膜材料，特别涉及一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锰酸锂(limn2o4)因为其比能量高，无毒，环境友好，充放电电流稳定，在市场上迅速推广，其应用的电子产品主要有便携式移动设备、通讯、电动汽车、航空航天、电网负荷调节等。高温固相合成法在合成锰酸锂过程中合成工序简单，合成条件容易，对设备的要求不高，是目前工业上锂电池大规模生产的常用方法。

2、尽管锰酸锂是作为锂离子电池的理想正极材料，但是其在高温循环和大电流充放电时，容量容易发生衰减。其主要原因是：(1)在制备工程中，由于原料未能完全混合，在产物中易局部生成mn3o4的杂质，导致产品纯度不高；(2)放电后期在高浓度mn3+的表面容易发生歧化反应，生成的mn2+溶解于电解液中，导致可逆反应无法正常进行；(3)放电后期泰勒效应的发生导致锰酸锂尖晶石结构的破坏；(4)锰酸锂的导电率低，锂离子脱嵌过程困难。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术制得的锰酸锂正极材料存在导电性差以及锰离子易溶解的现象，而导致电池循环充放电性能较差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其中，包括步骤：

4、将醋酸铝、醋酸锰和氧化铝按照预设摩尔比混合并充分研磨后，放在气氛炉中进行加热煅烧处理，冷却后获得炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材；

5、采用脉冲激光沉积方法将所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材制备成炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料。

6、所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其中，采用脉冲激光沉积方法将所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材制备成炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的步骤包括：

7、清洗真空腔，将装有炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材和碳化硅陶瓷基片的基座分别安装到对应的卡槽上；

8、接着紧闭腔门，开启机械泵和分子泵，待真空本底达到1-1.5×10-3pa后充入氧气，调节准分子激光器和光路，调控激光参数、靶材和碳化硅陶瓷基片间距后，沉积得到炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料。

9、所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其中，调节准分子激光器的波长为240-260nm，脉冲宽度为25-28ns。

10、所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其中，所述醋酸铝、醋酸锰和氧化铝按照n(li)∶n(mn)∶n(al)＝1.1-1.3∶

11、1.7-1.9：0.1-0.2的摩尔比混合。

12、所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其中，所述加热煅烧处理的步骤包括：先以450-650℃预加热2-5h，升温速率为5-10℃/min，随炉冷却，再升温至700-850℃煅烧24-48h，升温速率低于5-10℃/min。

13、一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料，其中，采用本发明所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法制得。

14、一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的应用，其中，将本发明所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料用于制备电池。

15、有益效果：本发明通过对正极材料锰酸锂进行掺杂改性和表面处理，得到炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂，其一方面提高了锰酸锂的导电性能，减小了锰酸锂与电解液接触的机会，使得可逆容量和循环性能有了明显的改善；另一方面，合成物质电荷转移阻抗值降低,组装的实验性电池库伦效率增加，减小了电池的自放电率。

技术特征：

1.一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其特征在于，采用脉冲激光沉积方法将所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材制备成炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的步骤包括：

3.根据权利要求2所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其特征在于，调节准分子激光器的波长为240-260nm，脉冲宽度为25-28ns。

4.根据权利要求1所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述醋酸铝、醋酸锰和氧化铝按照n(li)∶n(mn)∶n(al)＝1.1-1.3∶1.7-1.9：0.1-0.2的摩尔比混合。

5.根据权利要求1所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述加热煅烧处理的步骤包括：先以450-650℃预加热2-5h，升温速率为5-10℃/min，随炉冷却，再升温至700-850℃煅烧24-48h，升温速率低于5-10℃/min。

6.一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的制备方法制得。

7.一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料的应用，其特征在于，将权利要求6所述炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料用于制备电池。

技术总结
本发明涉及正极薄膜材料技术领域，公开了一种炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料及其制备方法与应用，其中，制备方法包括步骤：将醋酸铝、醋酸锰和氧化铝按照预设摩尔比混合并充分研磨后，放在气氛炉中进行加热煅烧处理，冷却后获得炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材；采用脉冲激光沉积方法将炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂靶材制备成炭黑包覆氧化铝掺杂锰酸锂正极薄膜材料。本发明通过对正极材料锰酸锂进行掺杂改性和表面处理，其一方面提高了锰酸锂的导电性能，减小了锰酸锂与电解液接触的机会，使得可逆容量和循环性能有了明显的改善；另一方面，合成物质电荷转移阻抗值降低,组装的实验性电池库伦效率增加，减小了电池的自放电率。

技术研发人员：黄卫扬,龚晓艳,陈城发,杨晓,秦志红
受保护的技术使用者：广东仕诚塑料机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17