[發(fā)明專利]錳酸鋰材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210341751.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN102856543A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫蓉;朱朋莉;褚相禮;周鳳瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，特別是涉及一種錳酸鋰材料及其制備方法。

背景技術(shù)

尖晶石錳酸鋰具有資源豐富、成本低廉、對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，尤其是因其三維脫嵌鋰隧道能夠承受大電流充放電，被公認(rèn)為是鋰離子電池最具發(fā)展前途的正極材料之一，在大容量動(dòng)力鋰離子電池中應(yīng)用廣泛。

然而，由于錳酸鋰中錳極易發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)及錳溶于電解液中，使得錳酸鋰在鋰離子電池充放電循環(huán)過程中的晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可逆性較差，導(dǎo)致鋰離子電池的容量衰減嚴(yán)重，高溫儲(chǔ)存和循環(huán)容量衰減更為嚴(yán)重，使得鋰離子電池的循環(huán)性能較差，所以一直以來商品化受到嚴(yán)重限制。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種能夠提高鋰離子電池循環(huán)性能的錳酸鋰材料及其制備方法。

一種錳酸鋰材料，包括由多個(gè)粒徑為10納米~200納米的錳酸鋰納米顆粒形成的微球，所述多個(gè)錳酸鋰納米顆粒之間形成有多個(gè)微孔。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)微孔的孔徑為5納米~50納米。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述微球的粒徑為500納米~5微米。

一種錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

將濃度為0.1mol/L~5mol/L錳鹽的水溶液和濃度為0.1mol/L~5mol/L的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應(yīng)1分鐘~120分鐘，分離、洗滌、干燥后得到球形碳酸錳；

將所述球形碳酸錳分散于水中得到分散液，向所述分散液中滴加濃度為0.1mol/L~5mol/L的氧化劑，攪拌5分鐘~5小時(shí)后滴加稀酸，反應(yīng)5分鐘~5小時(shí)，分離、洗滌、干燥后得到球形二氧化錳；

將所述球形二氧化錳于300℃~600℃下進(jìn)行熱處理1小時(shí)~20小時(shí)；

將經(jīng)過熱處理的球形二氧化錳與鋰鹽混合得到混合物，將所述混合物于500℃~900℃下煅燒1小時(shí)~20小時(shí)得到錳酸鋰材料，所述錳酸鋰材料包括由多個(gè)粒徑為10納米~200納米的錳酸鋰納米顆粒形成的微球，所述多個(gè)錳酸鋰納米顆粒之間形成有多個(gè)微孔。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述錳鹽為醋酸錳、硝酸錳、硫酸錳或氯化錳。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸銨或碳酸氫銨。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述錳鹽與碳酸鹽的摩爾比為0.1~5:1。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述稀酸為濃度為0.1~1mol/L的鹽酸、硝酸或硫酸。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化劑為溴酸鉀、過硫酸銨、高錳酸鉀或重鉻酸鉀的水溶液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化劑與球形碳酸錳的摩爾比為0.2~5:1。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鋰鹽為氫氧化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰或氟化鋰。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鋰鹽中的鋰與所述球形二氧化錳中的錳的摩爾比為0.45~0.55:1。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述混合物于500~900℃下煅燒之前還包括向所述混合物加入乙醇并研磨均勻的步驟。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述球形二氧化錳于300℃~600℃下進(jìn)行熱處理1小時(shí)~20小時(shí)的步驟是以1℃/min~10℃/min的升溫速率將所述球形二氧化錳升溫至300℃~600℃，然后于300℃~600℃下進(jìn)行熱處理1小時(shí)~20小時(shí)；將所述混合物于500℃~900℃下煅燒1小時(shí)~20小時(shí)得到錳酸鋰材料的步驟是以1℃/min~10℃/min的升溫速率將所述混合物升溫至500℃~900℃，然后于500℃~900℃下煅燒1小時(shí)~20小時(shí)。

上述錳酸鋰材料包括由多個(gè)粒徑為10納米~200納米的錳酸鋰納米顆粒形成的微球，多個(gè)錳酸鋰納米顆粒之間形成有多個(gè)微孔。將該錳酸鋰材料應(yīng)用于鋰離子電池中，由于這種結(jié)構(gòu)的錳酸鋰材料能夠縮短離子的擴(kuò)散路徑，并且具有較大的比表面積，增大了其與電解液的接觸面積，能夠緩解鋰離子電池在充放電過程中的容量衰減，從而能夠提高鋰離子電池的循環(huán)性能。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的錳酸鋰材料的制備方法流程圖；

圖2為實(shí)施例1制備的錳酸鋰材料的X射線衍射分析（XRD）圖；

圖3為實(shí)施例1制備的錳酸鋰材料的掃描電鏡圖；

圖4為實(shí)施例1制備的錳酸鋰材料的高倍掃描電鏡圖；

圖5為采用實(shí)施例4制備的錳酸鋰材料的鋰離子電池的倍率性能圖；

圖6為采用實(shí)施例4制備的錳酸鋰材料的鋰離子電池在1C充放電和1C充電、10C放電的循環(huán)性能圖；