[發(fā)明專利]尖晶石型鋰錳氧化物和其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611009020.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107978735A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐業(yè)明;張全達(dá);何國(guó)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 納米及先進(jìn)材料研發(fā)院有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳永慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44378
• 代理人: 黃鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及尖晶石型鋰錳氧化物，尤其涉及在鋰離子電池中所用的尖晶石型鋰錳氧化物。

背景技術(shù)

鋰離子電池通常用在消費(fèi)性電子產(chǎn)品中。近來(lái)，鋰離子電池在多種應(yīng)用中變得普及，這些應(yīng)用包括防護(hù)設(shè)備、汽車和航天應(yīng)用。鋰離子電池最受偏愛(ài)是因?yàn)樗鼈兊母叩哪芰?重量比以及在不使用時(shí)慢的電荷損失。此外，鋰離子電池具有高的能量和功率密度。而且，鋰離子電池是可再充電的且因此可以再利用。

然而，已經(jīng)觀察到，鋰離子電池需要恒定的電流和恒定的電壓用于充電。鋰離子電池的充電時(shí)間取決于應(yīng)用類型。通常，觀測(cè)到鋰離子電池的充電時(shí)間在1小時(shí)至5小時(shí)的范圍內(nèi)。在移動(dòng)電話或蜂窩電話中所用的鋰離子電池需要1C。然而，在筆記本電腦中所用的鋰離子電池需要0.8C。應(yīng)該注意，本文的“C”是指在1小時(shí)內(nèi)電池放出的額定電流。因此，當(dāng)前可用的鋰離子電池面臨充電緩慢和放電快速的技術(shù)問(wèn)題。因此，具有高的充電速度的改善的鋰離子電池是期望的。

發(fā)明內(nèi)容

在描述本發(fā)明的材料、組合物、系統(tǒng)和方法之前，應(yīng)該理解，由于可以存在本發(fā)明中未清楚說(shuō)明的多個(gè)可能的實(shí)施方式，因此本發(fā)明不限于特定的材料、組合物、系統(tǒng)和方法。還應(yīng)該理解，在說(shuō)明書(shū)中所用的方法僅是出于描述特定的類型或?qū)嵤┓绞降哪康模也恢荚谙拗票景l(fā)明的范圍。該發(fā)明內(nèi)容部分不旨在確定要求保護(hù)的主題的必要特征也不旨在用于檢測(cè)或限制所要求保護(hù)的主題的范圍。

在一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了摻雜的鋰錳氧化物材料，該鋰錳氧化物材料可選地包括殼覆蓋層。鋰錳氧化物材料可以通過(guò)第一化學(xué)式Li_1+xM_yMn_2-y-xO₄表示。在一個(gè)方面中，第一化學(xué)式中的‘x’的值可滿足關(guān)系-0.1<x<0.3，優(yōu)選0≤x≤0.15。此外，第一化學(xué)式中的‘y’的值可滿足關(guān)系0≤y≤0.2，優(yōu)選地0≤y≤0.16。鋰錳氧化物材料可具有尖晶石結(jié)構(gòu)。在一個(gè)方面中，金屬元素‘M’可包括Cr、Al、Ni、Mg、V、Ca和其組合中的至少一種。在化學(xué)式中，金屬元素‘M’可以作為摻雜元素交換‘Mn’的位置。此外，可選地包括的殼覆蓋層可以由碳或者具有第二化學(xué)式Li_1+xM_yMn_2-y-xO₄的化合物制成，其中，第二化學(xué)式中的‘x’的值滿足關(guān)系-0.1<x<0.3，且其中，第二化學(xué)式中的‘y’的值滿足關(guān)系0≤y≤0.2。

在另一實(shí)施方式中，公開(kāi)了用于制備鋰錳氧化物的方法，其可選地包括殼覆蓋層。該方法可包括使鋰化合物、錳化合物和金屬化合物在有效生成具有第一化學(xué)式Li_1+xM_yMn_2-y-xO₄的化合物的條件下反應(yīng)。在一個(gè)方面中，第一化學(xué)式中的‘x’的值可滿足關(guān)系-0.1<x<0.3，優(yōu)選地0≤x≤0.15。此外，第一化學(xué)式中的‘y’的值可滿足關(guān)系0≤y≤0.2，優(yōu)選地0≤y≤0.16。條件可包括：在水溶液中混合鋰化合物、錳化合物和金屬化合物，由此形成混合物；通過(guò)噴霧干燥設(shè)備在預(yù)定溫度下噴灑該混合物；收集所噴灑的粉末前體，以及在空氣氣氛和一個(gè)或多個(gè)預(yù)定溫度范圍下在熔爐中煅燒所噴灑的粉末前體持續(xù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定時(shí)間段來(lái)獲得所煅燒的粉末。該方法可進(jìn)一步包括：可選地通過(guò)將所煅燒的粉末分散到具有鋰化合物、錳化合物和金屬化合物的溶解混合物的蒸餾水中，在所煅燒的粉末的表面上形成殼覆蓋層；在預(yù)定溫度下將分散液噴霧干燥；以及在空氣氣氛和預(yù)定溫度下煅燒所噴霧干燥的粉末持續(xù)預(yù)定時(shí)間段，由此在所煅燒的粉末的表面上形成具有第二化學(xué)式Li_1+xM_yMn_2-y-xO₄的化合物的薄層。