CN108258202A - 一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料及其制备工艺 - Google Patents

一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料及其制备工艺。该电极材料是一种掺杂稀土铽和镝LiTbxDyyMn2‑(x+y)O4电极材料。所述的电极材料的制备方法是：以乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照一定的原子比例配料，然后将配料混合物放入球磨罐中进行湿法球磨，球磨后的微粉晾干，然后再真空高温煅烧，收集煅烧后粉末即得一种电极材料粉末产品。制备的电极材料性能良好，且其制备工艺简单。

Description

一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种添加稀土的锰酸锂电极材料及其制备工艺，属于锂电池材料领域。
背景技术
最初的锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行，使用条件非常苛刻。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高，自放电小。
目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等。其中LiCoO2材料的抗过充电性能差，在较高的充电电压比容量迅速下降；磷酸铁锂存在放电电压低、振实密度低等缺点都制约了自身的进一步应用，LiMn2O4材料作为新一代的锂离子电极材料正被广泛研究，有文献指出，对LiMn2O4成分掺杂稀土元素，能有效改善循环性能，减缓了电极阻抗的增加，但是单一成分的稀土元素掺杂，效果往往不理想，本发明以碳酸锂、电解二氧化锰、乙酸铽、乙酸镝为原料经球磨工艺将其磨成合金微粉，再通过煅烧工艺固相法合成一种掺杂稀土Tb和Dy的新型LiMn2O4电极复合材料，通过掺杂稀土后的LiTbxDyyMn2-(x+y)O4电极材料的综合性能将进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺杂Tb和Dy的新型LiMn2O4电极复合材料及其制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：
⑴首先以乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照LiTbxDyyMn2-(x+y)O4（0.01≤x+y≤0.2）的原子比例配好适量的原料，将其混合；
⑵将混合的原料混合物倒入一球磨罐，并添加适量的钢球，并加液体进行保护进行球磨；
⑶球磨结束后，取出球磨微粉，并将其晾干；
⑷将晾干后的合金微粉在隔绝氧气条件下高温煅烧；
⑸煅烧后，收集粉末即得产品。
优先地，在步骤⑴中，按照LiTbxDyyMn2-(x+y)O4（0.03≤x+y≤0.6）的原子比例配料。
作为优先地实施例，在步骤⑵中，球料比为10-20，球磨机进行球磨的时间为30-40h。
作为优先地实施例，在步骤⑵中，液体保护为丙酮、汽油或者酒精。
作为优先地实施例，在步骤⑶中，晾干为自然晾干。
作为优先地实施例，在步骤⑷中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在10-20h。
本发明具有下列优点和特性：
⑴制备的电极材料导电率高；
⑵制备工艺简单，流程短。
实施例一：
取适量化学纯的乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照LiTb0.1Dy0.2Mn1.7O4的原子比例配料5g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入100g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨40h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入700℃的高温炉中进行煅烧，煅烧20h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。
实施例二：
取适量化学纯的乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照LiTb0.2Dy0.2Mn1.6O4的原子比例配料10g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入150g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨30h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入800℃的高温炉中进行煅烧，煅烧15h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。
实施例三：
取适量化学纯的乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照LiTb0.4Dy0.2Mn1.4O4的原子比例配料20g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入200g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨30h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入900℃的高温炉中进行煅烧，煅烧10h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。

Claims (6)

1.一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于该电极材料的制备方法按如下步骤进行：
⑴首先以乙酸铽、乙酸镝、碳酸锂、电解二氧化锰作为原料，按照LiTbxDyyMn2-(x+y)O4（0.01≤x+y≤0.2）的原子比例配好适量的原料，将其混合；
⑵将混合的原料混合物倒入一球磨罐，并添加适量的钢球，并加液体进行保护进行球磨；
⑶球磨结束后，取出球磨微粉，并将其晾干；
⑷将晾干后的合金微粉在隔绝氧气条件下高温煅烧；
⑸煅烧后，收集粉末即得锰酸锂电极材料。
2.如权利要求1所示的一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于，在步骤⑴中，按照LiTbxDyyMn2-(x+y)O4（0.03≤x+y≤0.6）的原子比例配料。
3.如权利要求1所示的一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为10-20，球磨机进行球磨的时间为30-40h。
4.如权利要求1所示的一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，液体保护为丙酮、汽油或者酒精。
5.如权利要求1所示的一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于，在步骤⑶中，晾干为自然晾干。
6.如权利要求1所示的一种掺杂铽和镝的锰酸锂电极材料，其特征在于，在步骤⑷中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在10-20h。
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