[發明專利]尖晶石型錳酸鋰電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610134884.9
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105609757A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 唐姣君;周威;黃曉偉
• 申請（專利權）人: 蕪湖天弋能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 福州市鼓樓區博深專利代理事務所(普通合伙) 35214
• 代理人: 林志崢

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體的說是一種尖晶石型錳酸鋰電極材料的 制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池的發展，LiCoO₂已經商業化多年，但是由于其昂貴的價格 和環境不友好等缺點，人們開始尋求這種材料的替代產品。尖晶石型LiMn₂O₄便開始得到越來越多的關注，人們選擇它作為正極材料的替代者主要優勢在于： 豐富的Mn蘊藏量，價格低廉，容易制備，環境友好等。

但是傳統的固相法制備LiMn₂O₄顆粒不均一、粒子大、形貌不規整、粒徑 分布寬、化學計量比難控制，制備過程反復混料磨勻后反復焙燒、熱處理時間 長等劣勢。因為正極材料錳酸鋰容量衰減快、高溫性能不好、合成高耗能等方 面的劣勢，問題阻礙了其在實際鋰離子電池中的應用。

申請號為201210366006.1的發明專利公開了一種摻雜型尖晶石錳酸鋰電極 材料，由鋰源化合物、錳源化合物和金屬元素摻雜化合物為原料制備而成，具 體包括如下步驟：1)溶液的配置：溶液A：將錳源化合物配制成Mn²⁺濃度為 0.2～1.0mol/L的錳源化合物水溶液，按照分子式中的配比取金屬元素M摻雜化 合物或金屬元素N摻雜化合物并溶解于錳源化合物水溶液中，得到溶液A；溶 液B：將緩沖劑配制成0.2～1.5mol/L的緩沖劑水溶液，得到溶液B；2)前軀體 制備：將步驟1)中的溶液A和溶液B以2.0～8.0L/h的流速合并，調節體系的 pH值在6.5～9.5之間，在40～60℃下保溫并持續攪拌2～6h，過濾、干燥得 到前軀體沉淀；3)前軀體的處理：將步驟2)得到的前軀體沉淀在500～650℃ 下保溫處理4～6h；4)前軀體的包覆：將步驟3)處理后的前軀體加入到另一 種金屬元素摻雜化合物水溶液中，即金屬元素N摻雜化合物水溶液或金屬元素 M摻雜化合物水溶液，攪拌均勻后噴霧干燥，得到包覆前軀體；5)混料：將步 驟4)得到的包覆前軀體與鋰源化合物混合，控制摩爾比Li：(Mn+M+N)＝0.5～ 0.6：1；6)燒結：將步驟5)混合后的混合料在400～600℃條件下燒結4～8h， 然后升溫至650～900℃燒結12～24h，冷卻后過300目篩，得到摻雜型尖晶石 錳酸鋰電極材料。但上述尖晶石錳酸鋰電極材料的制備方法步驟過于繁瑣，且 得到的尖晶石錳酸鋰電極材料顆粒較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種工序簡單、產物性能優良的尖晶 石型錳酸鋰電極材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

尖晶石型錳酸鋰電極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、將通用塑料類聚合物材料加入到極性溶劑中攪拌后得聚合物溶液； 將鋰鹽、錳鹽和摻雜金屬M鹽按物質的量之比Li∶Mn∶M為1～1.1∶1.8～2.05∶ 0～0.2加入到乙醇、水或乙醇與水的混合物中，攪拌后得母液；

步驟2、以10～100RPM的轉速將步驟1所得母液不斷攪拌，同時將步驟1 所得聚合物溶液以10～60mL/min的流速注入以10～100RPM的轉速不斷攪拌的母 液中，得混合母液；

步驟3、將步驟2所得混合母液在50～85℃水浴蒸發至恒重，得固體；

步驟4、將步驟3所得固體紅外干燥5～30min，得粉末狀前驅體；

步驟5、將步驟4所得粉末狀前驅體以2～30℃/min的速度升溫到600～900℃ 后燒結1～10h，冷卻后得到黑色粉體，黑色粉體研磨后過篩得尖晶石型錳酸鋰電 極材料成品。

本發明的有益效果在于：僅需要將聚合物溶液和母液以一定流速混合并不 斷攪拌，即可生成溶脹型網絡結構，母液中的LiMn₂O₄前驅體有效成分可均勻 分散到該網絡結構表面，蒸發、干燥、煅燒、過濾后即得產物，工序簡單，反 應條件易于控制，且制得的尖晶石型錳酸鋰電極材料品質均一、形貌好、粒子 小、缺陷少。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予 以說明。