[發(fā)明專利]錳酸鋰正極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310704126.2
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103700837A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王劍鋒;陳靜波
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南興瑞新材料研究發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/62
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種錳酸鋰正極材料制備方法，特別的，還涉及一種由該方法制得的錳酸鋰正極材料。

背景技術(shù)

錳酸鋰(LiMn₂O₄)作為鋰離子電池的一種正極材料，因為其安全性、環(huán)境友好等性能，在電動電池得到了廣泛的應(yīng)用。錳酸鋰應(yīng)用于鋰離子電池時，高溫循環(huán)性能差。在使用過程中，特別是高溫條件下，錳酸鋰電池中的Mn³⁺易發(fā)生歧化反應(yīng)，使得錳酸鋰晶體“坍塌”，縮短了電池的循環(huán)使用壽命。

目前工業(yè)生產(chǎn)中，主要通過高溫固相法摻雜與Mn³⁺半徑相近的Mg、Al、Cr等金屬元素來改善錳酸鋰的循環(huán)性能。但由于Mn³⁺參與電池在充放電過程中的氧化還原反應(yīng)，如果摻雜過多的其它金屬元素，正極材料中Mn³⁺被取代的過多，電池容量就會降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種錳酸鋰正極材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中使用過程中錳酸鋰正極材料電容量降低的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種錳酸鋰正極材料制備方法，包括將錳酸鋰與包覆材料混合球磨，燒結(jié)得到正極材料，包覆材料為濃度為2～4％的異丙醇鋁乙醇懸浮液。

進一步地，錳酸鋰與包覆材料按重量比為4：0.5～2混合。

進一步地，錳酸鋰與包覆材料按重量比為4：1～2混合。

進一步地，燒結(jié)步驟條件為800～900℃下燒結(jié)20～28小時。

進一步地，球磨步驟為球磨90～150分鐘。

進一步地，在球磨步驟后還包括干燥步驟，干燥步驟為100～120℃下干燥60～120分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種錳酸鋰正極材料，錳酸鋰顆粒表面包覆α-氧化鋁。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明提供的錳酸鋰正極材料制備方法工藝過程簡單，易于控制，通過燒結(jié)后，包覆層均勻分布在晶體表面，將該正極材料制成電池后，循環(huán)使用100次后，電池容量保持率可達99％。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將實施例，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

為了解決Mn³⁺易發(fā)生歧化反應(yīng)的問題，本發(fā)明提供了一種錳酸鋰正極材料的制備方法。通過本發(fā)明提供的方法制備，制得的錳酸鋰表面包覆氧化鋁從而能防止使用過程中電池電解液滲入錳酸鋰中降低電池循環(huán)性能，避免摻雜其他金屬造成的錳酸鋰電池容量降低問題。

本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：將錳酸鋰與包覆材料即異丙醇(AIP)溶液混合后球磨，干燥揮發(fā)乙醇，得到了表面包覆有包覆材料的錳酸鋰。將包覆有AIP的錳酸鋰燒結(jié)20～28小時，得到表面均勻包覆Al₂O₃的錳酸鋰。

球磨過程中，乙醇作為分散介質(zhì)，能促進異丙醇鋁顆粒在球磨體系中分散開，避免團聚，分散的異丙醇鋁在球磨過程中隨著球磨介質(zhì)在體系內(nèi)流動，能充滿錳酸鋰顆粒的間隙，隨著球磨過程的進行，體系溫度升高，乙醇開始揮發(fā)，球磨后異丙醇鋁顆粒間的乙醇揮發(fā)后，異丙醇鋁附著于錳酸鋰顆粒的表面，隨著球磨的繼續(xù)進行，附著于錳酸鋰顆粒表面的異丙醇鋁在球磨介質(zhì)的作用下，嵌入錳酸鋰顆粒的表面，為后續(xù)燒結(jié)提供較好的包覆面。

AIP溶液的濃度也關(guān)系到球磨體系中異丙醇鋁分散至錳酸鋰顆粒表面的數(shù)量。AIP溶液的濃度為2～4％。當AIP溶液濃度低于2％時，球磨體系中混入的異丙醇鋁數(shù)量不能保證包覆于每顆錳酸鋰顆粒的表面，所得正極材料中存在大量未包覆的錳酸鋰顆粒，因而正極材料的性能提高有限。而如果所加AIP濃度大于4％時，則球磨體系中異丙醇鋁顆粒過多，隨著球磨過程中乙醇的揮發(fā)，異丙醇鋁一層層的包覆于錳酸鋰顆粒表面，使得包覆層過厚，經(jīng)過后續(xù)燒結(jié)后，過厚的包覆層會妨礙正極材料中鋰離子的遷移至正極材料的表面，降低所得正極材料的導電能力。