[發明專利]提高鋰離子電池正極材料尖晶石LiMn2O4容量和循環性能的方法

無效

• 申請號: 200910076019.3
• 申請日: 2009-01-04
• 公開（公告）號: CN101771144A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 盧世剛;王昌胤;龐靜;闞素榮;靳尉仁;李文成;吳國良;金維華;劉莎
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

背景技術

目前商業應用最多的鋰離子電池正極材料是LiCoO₂，由于鈷是稀有金屬，價格昂貴，并且鈷對環境有一定的污染，因此一直以來研究人員都在致力于尋找更理想的正極材料。LiMn₂O₄具有尖晶石結構，不但對環境無污染、安全性好，而且儲量豐富、價格便宜，可以降低鋰離子電池的成本，尖晶石LiMn₂O₄材料同時也是高功率型鋰離子動力電池的候選材料。然而，尖晶石LiMn₂O₄在大規模應用上還存在許多問題，當前尖晶石LiMn₂O₄研究的主要內容是如何解決尖晶石LiMn₂O₄的循環性能尤其是高溫循環容量衰減問題。尖晶石LiMn₂O₄制備原料中由于純度的問題不可避免會含有一定量的化學雜質，在尖晶石LiMn₂O₄材料的制備過程中也有可能出現一些化學雜質(例如Fe)；通過對尖晶石LiMn₂O₄摻雜陰、陽離子，有利于穩定材料晶體結構，提高材料的循環性能，但是摻入的雜質元素往往不能完全按照設計要求有效的進入到晶格之中，因此可能會出現多余的化學雜質。在尖晶石LiMn₂O₄材料中Na含量通常為0.5％左右，S含量為0.4％左右，Ca、Fe、Mg等元素含量在0.01％以上。由于鋰離子電池正極電極電位較高(約為0-1.5V，相對于標準氫電極)，負極電極電位較負(約為-3.0V左右，相對于標準氫電極)，尖晶石LiMn₂O₄中化學雜質可能在正極發生氧化而溶解于電解液中，電解液中金屬雜質離子到達負極還原成金屬。尖晶石LiMn₂O₄中由于Mn的溶解以及材料結構不穩定而導致的容量衰減問題與材料中所含有的某些化學雜質之間有一定的聯系，由于化學雜質產生的副反應會加快電池的自放電速度。雜質元素會降低LiMn₂O₄放電容量及惡化循環性能。目前對LiMn₂O₄的研究主要通過摻雜改性與表面包覆來改善電化學性能，尚未見LiMn₂O₄清洗去除雜質的相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高鋰離子電池正極材料LiMn₂O₄容量及循環性能的方法。本發明的方法解決鋰離子電池用正極材料尖晶石LiMn₂O₄存在的化學雜質問題，提高尖晶石LiMn₂O₄材料的放電容量及循環性能。

為了實現上述發明目的，本發明采取下述技術方案：

一種提高鋰離子電池正極材料尖晶石LiMn₂O₄容量和循環性能的方法，其特征在于，將尖晶石LiMn₂O₄材料浸泡在去離子水或有機溶劑中，攪拌1-5小時；再在20-80℃溫度條件下進行超聲分散1-5小時；之后離心分離；分離后的固體再反復清洗2-5次，最后烘干，即得到處理后的尖晶石LiMn₂O₄材料。

所述的有機溶劑為無水乙醇、丙酮、乙醚、甲醇或異丙醇。

所述的烘干的溫度為80-150℃，烘干的時間為10-20小時。

在超聲分散過程中，超聲波的頻率范圍20-50KHz，超聲波的功率范圍50-150W。

尖晶石LiMn₂O₄材料浸泡在去離子水或有機溶劑中攪拌，所使用的水或有機溶劑均為室溫條件下的水或有機溶劑。

對于得到處理后的尖晶石LiMn₂O₄材料，用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES)測試LiMn₂O₄材料中主要雜質Na、S含量，測試材料電化學性能。