[發明專利]鋰離子電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310016412.X
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103928669A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 于開鋒;宋明冬;金波;王慧遠;鐘曉斌;薛運;曹興剛;王中書
• 申請（專利權）人: 吉林大學;深圳市朗能電池有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 劉誠

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有電壓高、能量密度高、循環壽命長、自放電低、無記憶效應等優點，而得到了迅猛發展和廣泛應用。目前實際應用的正極材料主要是鈷酸鋰（LiCoO₂）、三元材料（LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂）、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）、和錳酸鋰（LiMn₂O₄）。由于鈷是一種比較貧乏的資源，價格昂貴，并且鈷酸鋰的安全隱患并沒有得到很好的解決，不適合用在動力電池領域。錳酸鋰是一種有希望應用于鋰離子電池的正極材料，原料來源廣泛，價格低廉，毒性小。

錳酸鋰有尖晶石型錳酸鋰（LiMn₂O₄）和層狀錳酸鋰（LiMnO₂）。層狀錳酸鋰的理論容量高達285mAh/g，是尖晶石型錳酸鋰容量的二倍，是當前世界鋰離子電池正極材料的研究熱點之一，許多國家已列為重點。

具有層狀結構的LiMnO₂用作鋰離子電池正極材料具有如下優點：1、比容量高（理論容量285mAh/g，實際容量可達200mAh/g左右）；2、安全性好；3、資源豐富、價格低廉、毒性小。其主要缺點是制備困難，結構不穩定，易向尖晶石型錳酸鋰轉變。

國外層狀錳酸鋰制備主要采用以下兩種方法：

1）、水熱法：將錳鹽進行前處理，生成γ-MnOOH后，置于鋰鹽中，在180℃和1.0MPa下反應72小時或更長時間，再沉淀過濾、洗滌、干燥制備出層狀錳酸鋰。這種方法制備的層狀錳酸鋰電池容量低。

2）、煅燒法:錳鹽與鈉鹽在惰性氣氛下700℃高溫煅燒24小時以上，在液氮下驟冷壓片，再經過一段時間焙燒處理后，在鋰鹽溶液中進行離子交換，生成層狀錳酸鋰。這種方法經過兩次高溫煅燒，流程周期過長，能耗大，所制備的層狀錳酸鋰電池循環穩定性能較差。

然而，傳統的制備工藝較為復雜，條件難以控制。

發明內容

基于此，提供一種工藝簡單、條件易于控制的鋰離子電池正極材料。

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

將二氧化錳和九水合硝酸鉻充分研磨，然后在空氣中以700～900℃的溫度煅燒3～7小時，得到錳鉻復合氧化物；

按照錳離子與鋰離子的摩爾比1：（15～20）的比例，稱取一水合氫氧化鋰，溶于30～40ml蒸餾水中，形成氫氧化鋰水溶液；及

將所述錳鉻復合氧化物和所述氫氧化鋰水溶液混合后放入密封的反應釜中，于160～240℃的溫度下恒溫反應1～7天，取出，用蒸餾水將反應產物反復洗滌至pH為7～7.5后，抽濾，干燥，即得所述鋰離子電池正極材料。

在其中一個實施例中，所述二氧化錳與所述九水合硝酸鉻的摩爾比為63:7。

在其中一個實施例中，將二氧化錳和九水合硝酸鉻放入瑪瑙研缽中充分研磨。

在其中一個實施例中，煅燒3～7小時后，再研磨，得到錳鉻復合氧化物。

在其中一個實施例中，所述反應釜為聚四氟乙烯反應釜。

上述方法為在空氣中煅燒結合水熱法，實驗條件溫和不苛刻，且安全易于實施。

附圖說明

圖1是一實施方式的鋰離子電池正極材料的制備方法流程圖；

圖2是實施例一的鋰離子電池正極材料的掃描電鏡照片；

圖3是實施例一的鋰離子電池正極材料的透射電鏡照片；

圖4是實施例一的鋰離子電池正極材料的X射線衍射圖；

圖5是實施例一的鋰離子電池正極材料制備的電池在25℃的循環性能曲線；

圖6是實施例一的鋰離子電池正極材料制備的電池的充放電曲線。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

請參閱圖1，一實施方式的鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S101，將二氧化錳和九水合硝酸鉻充分研磨，然后在空氣中以700～900℃的溫度煅燒3～7小時，得到錳鉻復合氧化物。