[發明專利]一種尖晶石型錳酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 200910093930.5
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101659448A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 楊曉晶;阮杰;肖家文;胡偉超;劉佐軍
• 申請（專利權）人: 北京師范大學;北京師大科技園科技發展有限責任公司
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及材料加工領域，具體涉及一種尖晶石型錳酸鋰的制備方法。

背景技術

尖晶石型錳酸鋰(LiMn₂O₄)的主體結構是由氧離子作規則的立方緊密堆積組成，鋰離子和錳離子分別占據在四面體和八面體空隙中。它的最簡式為LiMn₂O₄，實際上該晶體完整的單胞形式是Li₈Mn₁₆O₃₂，具有(No.227)的空間群，32個氧離子占據立方體的32e位置，它們做立方密堆積(FCC)，形成64個四面體間隙和32個八面體間隙。鋰離子占據其中1/8的四面體間隙，并且占據8a位置。從整體上看，鋰離子分布在錳氧八面體周圍的三維孔道中，這種尖晶石結構有利于鋰離子的嵌入和脫出，從而保證它在孔道中的遷移，使其充放電過程具有良好的循環性能。

由于尖晶石型錳酸鋰具有安全性好、無環境污染、工作電壓高、成本低廉等優點，有望成為最具市場前景的鋰離子電池正極材料。自20世紀80年代中后期開展對錳酸鋰的研究以來，圍繞其制備、合成、電化學性質研究的文獻報道很多，制備LiMn₂O₄的方法也多種多樣，主要可分為固相合成法和軟化學方法。所述固相合成法包括固相高溫合成法、機械化學法、熔融浸漬法、微波合成法等。

在現有技術中，由于固相高溫合成法是一種常用的方法。在該方法中，將錳原料和鋰原料混合在700℃～950℃的高溫環境中持續反應12～24小時進行合成，大多數情況下需要控制反應氣氛。雖然該方法具有工藝簡單、制備條件容易控制的優點，但是反應時間過長，不利于工業推廣應用。

本發明人曾經采用加熱分解乙炔黑和Mn(NO₃)₂的混合物制備出質量良好的β-MnO₂納米離子，其反應溫度相比于加熱分解單獨的Mn(NO₃)₂的溫度要低，說明碳可能有降低反應溫度的作用。因此，本發明人考慮，如果以碳作為反應載體制備尖晶石型錳酸鋰，則可以降低反應溫度，縮短反應時間，由此完成了本發明。

發明內容

本發明解決的技術問題在于，提供一種制備尖晶石型錳酸鋰的制備方法，通過該制備方法，以較短的反應時間來得到尖晶石型錳酸鋰。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種尖晶石型錳酸鋰的制備方法，包括：

使鋰鹽和錳鹽負載在碳顆粒表面；

焙燒所述負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒。

優選的，所述焙燒所述負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒的焙燒溫度為400℃～1000℃。

優選的，所述焙燒所述負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒的焙燒溫度為500℃～800℃。

優選的，所述制備方法，還包括：

將所述焙燒所述負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒得到的焙燒產物進行洗滌、過濾、干燥的步驟。

優選的，使所述鋰鹽和錳鹽負載在碳顆粒表面具體為：

將所述鋰鹽和錳鹽溶于可揮發性液體得到混合溶液；

所述混合溶液中加入碳顆粒；

去除所述混合溶液中的可揮發性液體得到負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒。

優選的，所述可揮發性液體為水。

優選的，所述鋰鹽為硝酸鋰、氯化鋰、乙酸鋰、硫酸鋰或碳酸鋰中的一種或多種。

優選的，所述錳鹽為硝酸錳、氯化錳、乙酸錳、硫酸錳或碳酸錳中的一種或多種。

優選的，所述碳顆粒為炭黑、活性炭粉、焦炭粉、木炭粉中的一種或多種。

優選的，所述碳顆粒的粒徑小于1mm。

本發明提供尖晶石型錳酸鋰的制備方法，本發明先將鋰鹽和錳鹽負載在碳顆粒的表面，然后焙燒所述負載有鋰鹽和錳鹽的碳顆粒即得尖晶石型錳酸鋰。與現有技術中的固相反應法相比，本發明采用碳顆粒作為反應載體，大大縮短了反應時間并且降低了反應溫度，結果表明，制備了純度高、顆粒形貌良好的尖晶石型錳酸鋰晶體。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的尖晶石型錳酸鋰的X射線衍射圖譜；

圖2為本發明實施例2制備的尖晶石型錳酸鋰的SEM照片；

圖3為本發明實施例2制備的尖晶石型錳酸鋰的X射線衍射圖譜；

圖4為本發明實施例3制備的尖晶石型錳酸鋰的X射線衍射圖譜；

圖5為本發明實施例4制備的尖晶石型錳酸鋰的X射線衍射圖譜；

圖6為本發明實施例5制備的尖晶石型錳酸鋰的X射線衍射圖譜；