一种高温性能优异的锰酸锂正极材料及制备方法与流程

1.本发明涉及电池加工领域，更具体地说，涉及一种高温性能优异的锰酸锂正极材料及制备方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，低碳环保成为全球的发展趋势，锂离子电池作为新一代可再生绿色环保的化学能源，具有高工作电压，高比容量，使用寿命长，无记忆效应，成为目前研究的热点。尖晶石锰酸锂不仅具有独特的三维隧道结构，使得锂离子更加有效的进行嵌入和脱出，还具有较高的功率、能量密度、原料来源丰富、成本低廉、安全性高以及对环境友好等优点，适合应用在电动工具和电动车的储能电池领域；
3.如授权公告号为cn108083342b所公开的锂离子动力电池用锰酸锂正极材料及其制备方法，其将球形掺杂二氧化锰与锂源混合，通过高温富氧烧结工艺技术最终得到了球形掺杂动力型锰酸锂产品，因产品的硫酸根含量低，且bet较小，做成电池后与电解液的接触面积大大降低，被酸溶解速度得到有效控制，掺杂元素的加入，使产品晶型结构更稳定；
4.但现有技术中的锰酸锂正极材料在高温下电极
‑
电解质界面mn
3+
发生歧化分解，造成mn
2+
溶解于电解质，界面结构不断被破坏，导致其在高温下循环性能较差。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温性能优异的锰酸锂正极材料及制备方法，它可以实现能够获得一种得碳包覆的铌掺杂的锰酸锂正极，其在常温和高温下均具有较好的循环性能。
7.2.技术方案
8.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
9.一种高温性能优异的锰酸锂正极材料及制备方法，包括有铌掺杂的锰酸锂正极和包裹在铌掺杂的锰酸锂正极外侧的聚多巴胺包覆层，所述铌掺杂的锰酸锂正极为醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯混合物与商用五氧化二铌研磨后经热处理制成，所述聚多巴胺包覆层为多巴胺在氩气氛围下碳化形成。
10.一种高温性能优异的锰酸锂正极材料的制备方法，所述方法包括有以下步骤：
11.s1：对醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯进行称取；
12.s2：将称取后的所述醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯倒入水溶液中进行混合；
13.s3：对s2中所述醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯的混合物进行冷冻处理，直至其以冻结状态干燥；
14.s4：向s3中所述的混合物中添加商用五氧化二铌，并对其进行研磨，直至其研磨均匀，形成混合物和商用五氧化二铌的组合物；
15.s5：将s4中所述的组合物投入加热设备的内部进行热处理，获得铌掺杂的锰酸锂
正极；
16.s6：将所述铌掺杂的锰酸锂正极和多巴胺均匀放置进入溶液内部，让所述多巴胺在铌掺杂的锰酸锂正极的表面形成聚多巴胺包覆层；
17.s7：在氩气氛围下对包裹在铌掺杂的锰酸锂正极表面的聚多巴胺包覆层进行碳化处理，直至形成碳包覆的铌掺杂的锰酸锂正极。
18.进一步的，所述醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯的质量比为1～2:1～2：1.5～3。
19.进一步的，所述s2中醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯倒入水溶液中的混合时间为0.25～0.5h。
20.进一步的，所述冷冻处理为采用1～5℃/min的速率降温至0℃，然后采用0.5～2℃的速率降温至
‑
20～
‑
40℃。
21.进一步的，所述加热设备为马弗炉。
22.进一步的，所述组合物热处理的加热温度优选为300～600℃。
23.进一步的，所述s5包括有以下步骤：
24.s501：将所述组合物投放进入马弗炉的内部；
25.s502：启动所述马弗炉对组合物进行初始加热，采用1～3℃/min的速率升温至50℃；
26.s503：启动所述马弗炉对组合物进行二次加热，采用5～10℃/min的速率升温至300～600℃，对组合物进行加热，直至其形成铌掺杂的锰酸锂正极；
27.s504：加热完成后，采用1～5℃/min的速率降温至100℃；
28.s505：随炉冷却至室温，开炉，将铌掺杂的锰酸锂正极取出。
29.进一步的，所述溶液的ph值为8。
30.进一步的，所述s6包括有：
31.s601：选取ph值为8的溶液；
32.s602：将所述铌掺杂的锰酸锂正极倒入溶液的内部，然后对所述溶液进行搅拌，使所述铌掺杂的锰酸锂正极均匀的分布在溶液的内部；
33.s603：将所述多巴胺倒入溶液的内部，然后对所述溶液进行搅拌，使所述多巴胺同样均匀的分布在溶液的内部；
34.s604：对溶液进行加热处理，提升溶液、铌掺杂的锰酸锂正极和多巴胺的活性，直至多巴胺均匀的包裹在铌掺杂的锰酸锂正极的表面。
35.3.有益效果
36.相比于现有技术，本发明的优点在于：
37.本方案通过采用醋酸锰，氢氧化锂，氧化石墨烯为原料，并经过冷冻、与商用五氧化二铌研磨混匀、加热和多巴胺包裹及碳化等工序能够得到一种得碳包覆的铌掺杂的锰酸锂正极，其在常温和高温下均具有较好的循环性能。
附图说明
38.图1为本发明一种高温性能优异的锰酸锂正极材料的结构示意图；
39.图2为本发明一种高温性能优异的锰酸锂正极材料的制作方法流程图。
40.图中标号说明：
41.1、铌掺杂的锰酸锂正极；2、聚多巴胺包覆层。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.实施例1：
44.请参阅图1所示，一种高温性能优异的锰酸锂正极材料，包括有铌掺杂的锰酸锂正极1和包裹在铌掺杂的锰酸锂正极1外侧的聚多巴胺包覆层2；
45.其中，铌掺杂的锰酸锂正极1为醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯混合物与商用五氧化二铌研磨后经热处理制成，聚多巴胺包覆层2为多巴胺在氩气氛围下碳化形成。
46.实施例2：
47.请参阅图1
‑
2所示，在实施例1的基础上公开了一种高温性能优异的锰酸锂正极材料的制备方法，方法包括有以下步骤：
48.步骤一：对醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯进行称取；
49.其中，醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯的质量比为1～2:1～2：1.5～3；
50.步骤二：将称取后的醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯倒入水溶液中进行混合，其混合时间优选为0.25～0.5h；
51.步骤三：对步骤二中醋酸锰、氢氧化锂、氧化石墨烯的混合物进行冷冻处理，直至其以冻结状态干燥；
52.其中，冷冻处理为采用1～5℃/min的速率降温至0℃，然后采用0.5～2℃的速率降温至
‑
20～
‑
40℃；
53.步骤四：向步骤三中的混合物中添加商用五氧化二铌，并对其进行研磨，直至其研磨均匀，形成混合物和商用五氧化二铌的组合物；
54.步骤五：将步骤四中的组合物投入加热设备的内部进行热处理，获得铌掺杂的锰酸锂正极1；
55.在此，加热设备优选为马弗炉，其具有稳定性强、保温耐用性强、自动化程度高、安全性高的优点；
56.且，组合物热处理的加热温度优选为300～600℃；
57.其中，步骤五包括有以下步骤：
58.a：将组合物投放进入马弗炉的内部；
59.b：启动马弗炉对组合物进行初始加热，采用1～3℃/min的速率升温至50℃；
60.c：启动马弗炉对组合物进行二次加热，采用5～10℃/min的速率升温至300～600℃，对组合物进行加热，直至其形成铌掺杂的锰酸锂正极1；
61.d：加热完成后，采用1～5℃/min的速率降温至100℃；
62.e：随炉冷却至室温，开炉，将铌掺杂的锰酸锂正极1取出；
63.步骤六：将铌掺杂的锰酸锂正极1和多巴胺均匀放置进入溶液内部，让多巴胺在铌掺杂的锰酸锂正极1的表面形成聚多巴胺包覆层2；
64.在此，溶液的ph值为8；
65.其中，步骤六包括有：
66.a:选取ph值为8的溶液；
67.b：将铌掺杂的锰酸锂正极1倒入溶液的内部，然后对溶液进行搅拌，使铌掺杂的锰酸锂正极1均匀的分布在溶液的内部；
68.c：将多巴胺倒入溶液的内部，然后对溶液进行搅拌，使多巴胺同样均匀的分布在溶液的内部；
69.d：对溶液进行加热处理，提升溶液、铌掺杂的锰酸锂正极1和多巴胺的活性，直至多巴胺均匀的包裹在铌掺杂的锰酸锂正极1的表面；
70.步骤七：在氩气氛围下对包裹在铌掺杂的锰酸锂正极1表面的聚多巴胺包覆层2进行碳化处理，直至形成碳包覆的铌掺杂的锰酸锂正极。
71.综上，本发明通过采用醋酸锰，氢氧化锂，氧化石墨烯为原料，并经过以上各个步骤进行处理后能够得到一种得碳包覆的铌掺杂的锰酸锂正极，其具有较好的循环性能，并能够在高温下有效的避免电极
‑
电解质界面mn
3+
发生歧化分解，避免造成mn
2+
溶解于电解质，防止界面结构被破坏，从而使其在高温下也具有较好的较好的循环性能。
72.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。