[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910019100.8
• 申請(qǐng)日: 2009-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101694873A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫琦;朱小奕;胡章勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孫琦
• 主分類號(hào): H01M4/1391
• 分類號(hào): H01M4/1391;H01M4/505
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，具體講是一種具有均勻尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料的制備方法，它屬于能源新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和能源的日趨缺乏，電動(dòng)交通工具取代內(nèi)燃機(jī)是必然的選擇。電動(dòng)汽車研究中，動(dòng)力電池是關(guān)鍵，傳統(tǒng)化學(xué)電池存在儲(chǔ)存能量低，重量大，壽命短和不安全的因素，成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。電動(dòng)車技術(shù)是國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，與之相關(guān)的電池技術(shù)研究日前也越來(lái)越受到關(guān)注。

鋰離子電池作為清潔能源能夠?yàn)槠嚨葯C(jī)器提供動(dòng)力，具有高的比能量和良好的循環(huán)壽命性能，鋰離子電池的正極材料是決定其性能的關(guān)鍵所在。目前使用和研究的鋰離子電池正極材料主要有：LiCoO2、鋰鎳氧LiNiO2、鋰錳氧LiMn2O4三種，其中LiCoO2具有良好的電化學(xué)性能和3.6V的工作電壓，技術(shù)成熟，是市場(chǎng)上的成熟產(chǎn)品。LiNiO2有價(jià)格和儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)，但是工作電壓低，制備難度大。錳酸鋰LiMn2O4價(jià)格低廉，工作電壓高，自放電小，安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是鋰離子電池首選正極材料。

目前存在的幾種鋰錳氧化物主要有尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4，層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO2及它們各自摻雜其它過(guò)渡金屬元素的化合物。層狀LiMnO2的放電比容量較高，能達(dá)到150mAh/g，但容量不穩(wěn)定，循環(huán)性能差，而且制備工藝復(fù)雜；尖晶石型LiMn2O4具有獨(dú)特的三維隧道結(jié)構(gòu)，有利于Li+的嵌入或脫出。作為鋰離子電池正極材料，LiMn2O4具有較高的功率和能量密度，受到普遍關(guān)注.。

尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4具價(jià)格低，工作電壓高，自放電小，安全無(wú)污染，性價(jià)比高的特點(diǎn)，但在高溫循環(huán)過(guò)程中，Mn在電解液中溶解并導(dǎo)致晶格缺陷，尤其在大電流放電視容易發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)。這些因素都降低了電池的高溫性能、循環(huán)性能。目前主要改善的方法有表面修飾和摻雜改性，但是會(huì)降低錳酸鋰的放電容量，增加成本，而且引入的雜質(zhì)會(huì)造成環(huán)境污染。

錳酸鋰合成方法常用的有固相法和液相法。其中固相法是固態(tài)的錳、鋰化合物充分研磨混合高溫合成。但因固相法合成時(shí)鋰離子需長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散，才能嵌入晶格，容易產(chǎn)生不均勻結(jié)晶現(xiàn)象，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的均一性差。采用液相法所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均一，晶體結(jié)構(gòu)完美，但工藝步驟復(fù)雜，原料成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于克服和避免已有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，而提供一種新型的鋰離子電池正極材料的制備方法，具體地講是一種具有均勻尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料的制備方法。通過(guò)該方法制得鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)均勻，電化學(xué)性能穩(wěn)定，比容量高，安全性能好，可以用來(lái)制備大比容量的鋰離子電池。

本發(fā)明是采用以下工藝步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的。

(1)、將適量錳源材料在500℃-800℃高溫中焙燒2-6小時(shí)，后加入無(wú)機(jī)酸攪拌，用去離子水反復(fù)洗滌，干燥；

(2)、將上述干燥物與鋰源物質(zhì)溶液按摩爾比1∶1充分混合，將混合液置于真空干燥箱中80-100℃干燥2-5小時(shí)，得到塊狀的前驅(qū)體混合物；

(3)、將(2)所得前驅(qū)體混合物置于700℃-900℃的高溫馬弗爐中煅燒，保溫10-20小時(shí)，自然冷卻后粉碎制得本發(fā)明產(chǎn)品。

通過(guò)步驟(1)將原料二氧化錳部分或全部轉(zhuǎn)變?yōu)镸n2O3，加入無(wú)機(jī)酸使得Mn2O3發(fā)生岐化反應(yīng)，Mn+4和Mn+2同時(shí)存在，形成多孔骨架型微觀結(jié)構(gòu)。

通過(guò)酸處理后，MnO2，其孔隙率和比表面積分增加，大幅度地增加鋰源物質(zhì)的填充空間和與鋰源物質(zhì)的接觸面積，有利于二價(jià)錳的溶解和吸附雜質(zhì)的脫附，盡可能減少產(chǎn)物中雜質(zhì)的殘留量。

本發(fā)明提出的一種具有均勻尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料的制備方法所述的錳源材料為電解二氧化錳或化學(xué)二氧化錳中的一種。

本發(fā)明提出的一種具有均勻尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料的制備方法所述的無(wú)機(jī)酸是H2SO4、HNO3、H3PO4中一種。

本發(fā)明提出的一種具有均勻尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料的制備方法所述的鋰源物質(zhì)為L(zhǎng)iNO3、LiOH中一種。

本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過(guò)酸的預(yù)處理將錳源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為多孔骨架結(jié)構(gòu)的MnO2，提高其多孔性和比表面積。

2、本發(fā)明方法生產(chǎn)的錳酸鋰材料為均一的尖晶石結(jié)構(gòu)，比容量大，電化學(xué)性能穩(wěn)定，適合用于大容量鋰離子電池的正極材料。

3、本發(fā)明提出的制造方法，原材料簡(jiǎn)單易得，工藝易于控制，生產(chǎn)成本低廉，生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1