[發(fā)明專利]鋰離子二次電池鈦酸錳(III)鋰正極材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310441055.1
• 申請(qǐng)日: 2013-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103456948A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 粟智;田華玲;姚翔;王帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)電源材料制備技術(shù)領(lǐng)域,采用微波固相法合成鋰離子電池碳包覆鈦酸錳鋰正極材料。

背景技術(shù)

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色環(huán)保、可再生的化學(xué)能源，?目前正以其它電池所不可比擬的

優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)了移動(dòng)電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域，?并有可能取代鎘鎳和氫鎳電池用于航天領(lǐng)域。正極材料是制造鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一。目前，?商業(yè)化鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰，?但鈷資源有限，?價(jià)格昂貴，?安全性能差，?且對(duì)環(huán)境污染大，?無(wú)法在動(dòng)力電池中應(yīng)用。尖晶石型錳酸鋰具有資源豐富、能量密度高、成本低、無(wú)污染、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，?是理想的鋰離子電池正極材料。熱點(diǎn)之一。但充放電過(guò)程中容量衰減問(wèn)題始終是制約其商品化的關(guān)鍵因素，?表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，?表面修飾可以在電極表面包覆一層抗電解液侵蝕的物質(zhì)，?有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可以提高尖晶石型錳酸鋰框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，?有效抑制充放電過(guò)程中的Jahn-Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無(wú)疑能提高材料的電化學(xué)性能。而尖晶石型錳酸鋰的合成方法有很多種，?主要有高溫固相法、熔融浸漬法、微波合成法、溶膠凝膠法、乳化干燥法、共沉淀法、Pechini?法以及水熱合成法。本發(fā)明采用微波固相法合成一種具有實(shí)用前景的鋰離子電池用的鈦酸錳（III）鋰正極材料。微波固相法，是利用高頻微波能，在很短的時(shí)間里產(chǎn)生很大的能量釋放巨大的熱，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，是一種環(huán)保綠色的加熱方式。微波加熱合成能大幅度加快反應(yīng)分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞速度，有利于晶核的形成，可限制晶粒的增加，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)合成出粒徑更小、更均勻的納米材料。目前微波合成技術(shù)已廣泛應(yīng)用于納米材料的制備。

鈦酸錳鋰正極材料理論容量為154mAh/g，使用壽命長(zhǎng)，循環(huán)使用次數(shù)高，綠色環(huán)保,但純鈦酸錳鋰循環(huán)穩(wěn)定性不好，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)碳包覆可以改善鈦酸錳鋰的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種碳包覆鈦酸錳鋰正極材料的微波固相合成方法。

所述的方法包括如下步驟：

步驟1：按摩爾比例1.1：1：1稱取碳酸鋰、三氧化二錳、二氧化鈦，稱取占產(chǎn)物10%的葡萄糖；

步驟2：將所稱取的藥品在瑪瑙研缽中充分研磨1h；

步驟3：將研磨好的藥品放在模具里壓成片；

步驟4：將壓好的片放在微波固相法應(yīng)儀中在1000w的功率加熱，在800℃恒溫30min，反應(yīng)結(jié)束后自動(dòng)降溫至80℃即可取出得到LiMnTiO₄正極材料。

本發(fā)明的有益效果為：合成快速、環(huán)保、易工業(yè)化，材料電化學(xué)性能優(yōu)異。

本發(fā)明通過(guò)微波固相發(fā)合成了碳包覆的鈦酸錳鋰，所得的碳包覆的鈦酸錳鋰純度高，0.5C放電比容量最高可達(dá)到148.2mAh/g左右。本發(fā)明使用的原料簡(jiǎn)單易得，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例中得到的碳包覆鈦酸錳(III)鋰正極材料的X射線衍射（XRD）譜圖；

圖2是實(shí)施例中得到的鈦酸錳(III)鋰的正極材料紅外（IR）光譜圖；

圖3是實(shí)施例中得到的鈦酸錳(III)鋰正極材料的投射電鏡(TEM)圖；

圖4是實(shí)施例中得到的鈦酸錳(III)鋰正極材料的充放電曲線；

圖5是實(shí)施例中得到的鈦酸錳(III)鋰正極材料的循環(huán)壽命圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

具體實(shí)施例：

按比例分別稱取0.84g?Li₂CO₃、0.74g?Mn₂O₃、0.8g?TiO₂、0.4gC₆H₁₂O_6，將稱量好的藥品置于瑪瑙研缽中充分研磨1h，將研磨好的樣品裝入模具壓片，將壓好的片放入微波固相儀中在1000w功率下15min升溫至800℃恒溫30min，反應(yīng)完成后自然降溫至80℃以下，制得碳包覆鈦酸錳鋰正極材料。制備得到的碳包覆鈦酸錳鋰正極材料的XRD譜圖如圖1所示，紅外譜圖如圖2所示，投射電鏡(TEM)圖如圖3,充放電曲線如圖4所示，循環(huán)壽命曲線如圖5所示。

以上所述實(shí)施方案僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，應(yīng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域而言，在未脫離本發(fā)明創(chuàng)作構(gòu)思的前提下，作出的若干變形和改進(jìn)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。