[發(fā)明專利]一種納米尖晶石型LiMn2O4的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210584367.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103066270A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周繼承;黃新武;廖晶晶;劉思維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米尖晶石型LiMn₂O₄的制備方法。

背景技術(shù)

近幾十年全球能源的持續(xù)匱乏促使人們大力研究可替代的的新型能源，而化學(xué)電源作為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化的裝置，已經(jīng)成為高效利用能源的重要手段。在這之中，鋰離子電池以其具有安全性好、高電壓、自放電小、無(wú)記憶性和循環(huán)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，成為國(guó)際電池界商品化開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和成熟，作為其高能動(dòng)力來(lái)源之一的鋰離子電池?zé)o疑將具有更廣闊的需求。鋰離子電池正極材料是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵和核心技術(shù)，也是鋰離子電池研究的主要方向和熱點(diǎn)。與目前大規(guī)模工業(yè)化的正極材料LiCoO₂相比，資源豐富、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，LiMn₂O₄被認(rèn)為是最有希望的鋰離子電池正極材料。因此，需要一種尺度可控、形態(tài)松散、成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單且重復(fù)性好的方法來(lái)制備尖晶石型錳酸鋰粉體材料。

一般認(rèn)為，為了得到優(yōu)良的電化學(xué)性能，所制備的錳酸鋰應(yīng)該具有晶型完整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，顆粒均勻，大的比較面積等特征。目前，國(guó)內(nèi)外制備尖晶石型LiMn₂O₄的主要方法包括固相法和液相法。固相法操作簡(jiǎn)單，制備條件易于控制，容易進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但能耗大，制備的產(chǎn)品顆粒大，顆粒形貌難以控制，產(chǎn)品批次重復(fù)性差；液相法是將可溶性原料進(jìn)行充分混合后反應(yīng)，可制備出均勻一致、粒徑可控的產(chǎn)品，一直是制備納米顆粒的重要方法，并且在摻雜過(guò)程中，可使摻雜原子均勻地分布到晶體結(jié)構(gòu)中去，以得到均一、高性能的LiMn₂O₄電池材料。但液相法多對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求苛刻，且需要昂貴的反應(yīng)試劑和復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，生產(chǎn)成本較高，另外，一般的制備方法生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)

因此，提出了下述的改進(jìn)方法，但仍然有各自的問(wèn)題，現(xiàn)有關(guān)于制備納米尖晶石型錳酸鋰LiMn₂O₄方面的專利存在的問(wèn)題或不足之處：

中國(guó)專利CN101807689A公開(kāi)了一種采用聚合物為模板劑的固相法，顆粒均勻，結(jié)晶性完美，但是需要大量的有機(jī)溶劑作模板劑，增加了成本且對(duì)環(huán)境污染較大。

中國(guó)專利CN1466234A采用檸檬酸鹽凝膠法制備粒徑小、分散均勻的尖晶石錳酸鋰，但是該法使用了有機(jī)原料和通氧煅燒，成本高，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

中國(guó)專利CN1821092A采用水熱體系一步合成錳酸鋰，所得產(chǎn)物粒度均勻，無(wú)團(tuán)聚，但反應(yīng)在高壓釜中進(jìn)行，需要高溫高壓，且流程繁雜。

中國(guó)專利CN102544471A通過(guò)噴霧熱解沉降的方法制備出錳酸鋰前驅(qū)體，然后通過(guò)微波燒結(jié)得到粒度小，結(jié)晶度好的的錳酸鋰，但是流程復(fù)雜，且制備的產(chǎn)品粒度分布不均勻，存在團(tuán)聚現(xiàn)象。

綜上所述，在迄今所知的制備方法中，都難以控制所得的尖晶石型錳酸鋰LiMn₂O₄的粒徑為納米級(jí)、形狀均一，粒徑分布窄。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述情況，本發(fā)明提供了一種新型的納米尖晶石型LiMn₂O₄的方制備法。制備出的納米尖晶石型LiMn₂O₄可通過(guò)調(diào)控納米前軀體粒徑大小得到所需的粒徑。本發(fā)明利用微波程序升溫高溫煅燒納米前驅(qū)體制備的納米尖晶石型LiMn₂O₄平均粒徑約為120nm，粒徑分布窄，結(jié)晶度高且晶型完整。

本發(fā)明提供了一種納米尖晶石型LiMn₂O₄的方制備法，包括如下步驟：

1）納米前軀體的制備

將硝酸鋰、硝酸錳均勻混合，配成總陽(yáng)離子濃度為0.1-1.0mol/L的混合液，將混合液在超重力場(chǎng)中進(jìn)行反應(yīng)，并控制超重力反應(yīng)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在400-2200rpm，優(yōu)選800-1500rpm，然后加入碳酸銨溶液；加入的碳酸銨溶液與上述混合液反應(yīng)得到懸濁液；所述混合液不斷循環(huán)直至反應(yīng)完全；將所得懸濁液經(jīng)過(guò)濾、干燥得到納米尖晶石型LiMn₂O₄的前軀體；

2）納米尖晶石型LiMn₂O₄的制備