一种无序富锂锰基尖晶石及其作为锂金属电池正极材料的应用

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种无序富锂锰基尖晶石及其作为锂金属电池正极材料的应用。

背景技术

锂原电池已经成为长期、高容量能源产品的主要电源，寻找能够提供更多能量和动力的新材料是其核心研究内容。层状锰酸锂(Li

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无序富锂锰基尖晶石及其作为锂金属电池正极材料的应用。该材料中过渡金属锰的氧化还原中心与强电负性元素的协同作用进而提高其放电容量和放电电压，氟元素的掺杂能够降低锰的价数并提高循环性，显著提升电池容量。

所述的无序富锂锰基尖晶石的制备方法为：将层状锰酸锂、二氧化锰、三氧化二锰和氟化锰在密封球磨机中球磨15-30小时。

所述的层状锰酸锂分别与二氧化锰的质量比为1-50，与三氧化二锰的质量比为1-5，与氟化锰的质量比为1-5。

所述的层状锰酸锂制备方法为：将碳酸锂与二氧化锰混合后在马弗炉中空气气氛下700-1000℃烧制8-15小时即得层状锰酸锂。

制备层状锰酸锂中碳酸锂与二氧化锰的质量比为1-3。

所述的球磨的转速为300-1000转/分。

将上述制备的无序富锂锰基尖晶石作为锂金属电池正极材料的应用。所述的锂金属电池正极材料制备方法为：在手套箱中将无序富锂锰基尖晶石、炭黑和粘结剂研磨混合，然后将研磨好的浆料均匀涂布于附碳铝箔上，烘干、剪裁、称重即得锂金属电池正极材料。

所述的无序富锂锰基尖晶石、炭黑和粘结剂的质量比为5-10:1-2:1-2。

本发明基于高熵体系制得无序富锂锰基尖晶石，并将其作为锂金属电池正极材料具有更高的能量密度(>1100Wh/kg)，更高的倍率能力。将其制成电池具有能量密度高、能量储存快速，储能电源设备轻量化等特点。

附图说明

图1为实施例1制备的层状锰酸锂的扫描电镜照片。

图2为实施例1制备的层状锰酸锂的扫描电镜照片。

图3为实施例1制备的Li

图4为实施例1制备的Li

图5为实施例1制备的Li

图6为实施例1制备的Li

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。碳酸锂购买自上海迈瑞尔纯度为99％，二氧化锰购买自麦克林纯度为99％，三氧化二锰购买自麦克林纯度为98％，氟化锰购买自上海安耐吉纯度为99％。

实施例1

(1)称取2.7g碳酸锂和2.5g二氧化锰混合均匀放入氧化锆方舟中，转移至马弗炉内空气气氛下800℃烧制12小时。

(2)将烧制出的层状锰酸锂取出，待冷却至室温，取1.81g层状锰酸锂，0.6g氟化锰，0.7g三氧化二锰和0.07g二氧化锰放入球磨罐，以500转/分的转速球磨22小时。

(3)将球磨好的样品取出，装瓶。即得化学式为Li

(4)将样品80mg、炭黑10mg、粘结剂(PVDF)10mg在手套箱中研磨，将研磨好的浆料均匀涂布于附碳铝箔上，放置于加热台上125℃烘干23h。称量裁剪的正极材料分别为2.8mg、2.5mg、2.3mg。

实施例2

(1)称取3.1g碳酸锂和2.1g二氧化锰混合均匀放入氧化锆方舟中，转移至马弗炉内空气气氛下800℃烧制12小时。

(2)将烧制出的层状锰酸锂取出，待冷却至室温，取1.81g层状锰酸锂，0.6g氟化锰，0.7g三氧化二锰和0.07g二氧化锰放入球磨罐，以500转/分的转速球磨22小时。

(3)将球磨好的样品取出，装瓶。

(4)将样品80mg、炭黑10mg、粘结剂(PVDF)10mg的比例在手套箱中研磨，将研磨好的浆料均匀涂布于附碳铝箔上，放置于加热台上125℃烘干23h。称量裁剪的正极材料分别为3.0mg、2.7mg、2.5mg。

实施例3

(1)称取2.7g碳酸锂和2.5g二氧化锰混合均匀放入氧化锆方舟中，转移至马弗炉内空气气氛下800℃烧制12小时。

(2)将烧制出的层状锰酸锂取出，待冷却至室温，取1.81g层状锰酸锂，0.6g氟化锰，0.7g三氧化二锰和0.07g二氧化锰放入球磨罐，以1000转/分的转速球磨22小时。

(3)将球磨好的样品取出，装瓶。

(4)将样品80mg、炭黑10mg、粘结剂(PVDF)10mg的比例在手套箱中研磨，将研磨好的浆料均匀涂布于附碳铝箔上，放置于加热台上125℃烘干23h。称量裁剪的正极材料分别为2.4mg、2.2mg、1.9mg。

将实施例1的正极材料组装成电池连接在LAND电池测试系统上，静置12h以后，进行恒电流充放电性能测试，测试的放电电流为50mA g