[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310395403.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN103413934A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝曉劍;潘保武;胡慧中;田甲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;C01G45/12
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開的是一種鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種采用機(jī)械合金化工藝制備鋰離子電池正極材料o-LiMnO₂的方法。

背景技術(shù)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類就面臨著石油、天然氣、煤炭等自然資源的枯竭，尋求新能源已成為發(fā)展經(jīng)濟(jì)需優(yōu)先考慮的問題。隨著電子和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是各種便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，人們需要高性能的電源作為動(dòng)力保障。鋰離子電池由于其工作電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，被稱為21世紀(jì)的綠色電源，應(yīng)用也越來越廣泛。鋰離子電池的電化學(xué)性能取決于所用的電極材料和電解液，主要是所選電極材料的質(zhì)量和價(jià)格。而鋰離子電池正極材料不僅作為電極材料參與電化學(xué)反應(yīng)，而且是鋰離子電池的鋰源，其發(fā)展制約著鋰離子電池整體性能的進(jìn)一步提高。因此發(fā)展高能量鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)是正極材料的研發(fā)。

???鋰錳氧化物作為鋰離子電池正極材料，具有原料成本低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、能量密度和理論容量高等優(yōu)點(diǎn)，是目前商品化的正極材料LiCoO₂最理想的替代品，成為鋰離子電池正極材料的研究熱點(diǎn)。此外，我國(guó)的錳資源非常豐富，在我國(guó)發(fā)展LiMnO₂正極材料將有著廣闊的前景和深遠(yuǎn)的意義。目前，層狀錳酸鋰的制備方法通常有離子交換法、高溫固相法、水熱法、流變相法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、乳化法等，采用以上方法制備，步驟繁瑣、要求較高的反應(yīng)條件、鋰離子浪費(fèi)率高、可再現(xiàn)性低，而且不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、無(wú)法大批量生產(chǎn)。為了解決現(xiàn)有制備層狀錳酸鋰的方法存在步驟繁瑣、要求較高的反應(yīng)條件、鋰離子浪費(fèi)率高、可再現(xiàn)性低，而且不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、無(wú)法大批量生產(chǎn)等缺點(diǎn)，開發(fā)一種操作簡(jiǎn)便、成本低廉、過程易于控制、能夠重復(fù)、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)量和產(chǎn)率都較高的制備層狀錳酸鋰的方法就具有了重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：向社會(huì)提供這種鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法。該制備方法提供了一種成本低廉、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和無(wú)污染、過程易于控制、能夠重復(fù)、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)量和產(chǎn)率都較高的鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備新方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：這種鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法,是采用機(jī)械合金化工藝制備鋰離子電池正極材料o-LiMnO₂的方法，技術(shù)特點(diǎn)在于：所述的該制備方法包括以下步驟：將原料LiOH·H₂O、Mn₂O₃按設(shè)定的Li⁺、Mn³⁺摩爾比、球料比混合后球磨3～40h、球磨后經(jīng)洗滌、干燥、研磨，得到o-LiMnO₂。所述的本發(fā)明的制備過程的反應(yīng)機(jī)理為：將LiOH·H₂O、Mn₂O₃粉末按一定配比進(jìn)行機(jī)械混合，在高能球磨機(jī)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，將回轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞給粉末，同時(shí)粉末在球磨介質(zhì)的反復(fù)沖撞下，承受沖擊、剪切、磨擦和壓縮多種力的作用，經(jīng)歷反復(fù)的擠壓、冷焊合及粉碎過程，成為彌散分布的超細(xì)粒子。同時(shí)，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，球磨罐溫度升高，也為樣品粉末合金化提供了有利條件。在球磨過程中，具有很大動(dòng)能的磨球把不同粉末壓延、焊合，形成在層間有一定原子結(jié)合力的多層復(fù)合顆粒，這種復(fù)合體顆粒又經(jīng)過反復(fù)的破碎與冷焊，利用機(jī)械能使一種元素的原子擴(kuò)散進(jìn)入另一種基體中而達(dá)到合金化的目的，最終形成o-LiMnO₂。

根據(jù)以上所述的鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法，技術(shù)特點(diǎn)還有：所述的LiOH·H₂O、Mn₂O₃均是化學(xué)純及化學(xué)純以上，所述的LiOH·H₂O、Mn₂O₃按設(shè)定的Li⁺、Mn³⁺的摩爾比是摩爾質(zhì)量比，即Li⁺/Mn³⁺?=1.3:1~2.5:1。上述的正是該制備方法的原料配方比例。?

根據(jù)以上所述的鋰離子電池正極材料層狀錳酸鋰的制備方法，技術(shù)特點(diǎn)還有：所述的球料比是球/料質(zhì)量比=5:1~50:1。上述的正是該制備方法的球、料的選擇配方比例。?