[發明專利]一種新型聚陰離子型正極材料制備工藝

在審

• 申請號: 201310657626.5
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN104692402A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 馬文超
• 申請（專利權）人: 青島平度市舊店金礦
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M4/58
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明公開了一種新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄的制備工藝。

背景技術

鋰離子電池具有電池電壓高、比容量大、能量密度高、無記憶效應、循環壽命長、環境友好等優點，是目前應用范圍最廣和最有可能大規模應用于電動汽車的二次電池。正極材料是鋰離子電池的關鍵材料，其性能的好壞不僅直接影響電池的性能，而且對降低電池成本、實現電動汽車產業化具有十分重要的現實意義。雖然LiFePO₄具有諸多優點而備受關注，但是面臨著以下問題的制約：1）材料的理論比容量偏小，理論比容量僅170?mAh/g；2）材料受到國外專利的保護，難在國內大規模生產和應用。嚴重限制其的進一步發展。因此，開發其他正極材料也是一項非常有意義的工作。尤其是開發聚陰離子型正極材料這一被廣大研究者看好的正極材料。

為了克服上述問題，本發明采用有機物輔助噴霧干燥法制備了新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄，通過優化工藝等手段，提高生產效率，向工業化推廣。Li₂MnSiO₄中的Mn元素還具有價格低廉、環境友好的優點，因此Li₂MnSiO₄是最有前途的硅酸系正極材料。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的缺陷，發明一種新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄的制備工藝。其技術方案是一種新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄的制備工藝，其特征是：以乙酸錳為錳源，硝酸鋰為鋰源，白炭黑（Cabosil?HL-380?型號二氧化硅氣溶膠，~14?nm）為硅源，采用有機物輔助噴霧干燥法制備了新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄，制備的Li₂MnSiO₄性能要明顯優于通常采用高溫固相法制備的Li₂MnSiO₄。

具體工藝：稱取0.100?mol?C₄H₆MnO₄·4H₂O、0.200?mol?LiNO₃和?25.0?g?葡萄糖溶于?100?mL?去離子水中形成前驅體溶液；往前驅體溶液中加入?6.00?g（0.100?mol）白炭黑攪拌并超聲使白炭黑均勻分散于前驅體溶液中得到膠水狀的前驅體溶膠。

焙燒工藝：將上得到的前驅體溶膠通過噴霧干燥器進行噴霧干燥得到前軀體粉末，噴霧干燥器的進口溫度為?240℃，進料速度為?7?mL/min，將得到的粉末樣品在高純?N₂氣氛保護下以?10℃/min?的速度升溫到?700℃保溫?10?h?得到Li₂MnSiO₄/C樣品。

本發明的特點是：Li₂MnSiO₄由于含有的活性鋰較LiFePO₄材料多1倍，理論比容量高達333?mAh/g。Mn存在高的氧化態，即若從Li₂MnSiO₄中脫嵌的鋰離子超過1個，那么Mn³⁺（對應的化合物為Li₂MnSiO₄）就能進一步氧化為Mn⁴⁺并最終生成全脫鋰態的MnSiO₄有可能達到333?mAh/g的比容量；Li₂MnSiO₄中的Mn元素還具有價格低廉、環境友好的優點。因此Li₂MnSiO₄具有理論比容量更高、原料來源更豐富、材料更加環境友好等優越特，最有前途的硅酸系正極材料。與采用普通高溫固相法制備的Li₂MnSiO₄/C樣品比較，噴霧干燥法制備的樣品的比容量要比前者高出40%，且循環穩定性也明顯優于前者。在實踐上，噴霧干燥法制備的球形材料在調漿和涂布上也有明顯優勢。采用有機物輔助噴霧干燥法制備了新型聚陰離子型正極材料Li₂MnSiO₄，具有廣闊市場前景。

具體實施方式