[發明專利]一種以碳球為模板制備多孔LiMn2O4的方法

在審

• 申請號: 201611202862.8
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106784788A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 孫雅馨;錢兵;岳軍偉;宋修梅
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/62
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于多孔材料制備技術領域，具體涉及一種多孔LiMn₂O₄的制備方法。

背景技術

尖晶石結構的LiMn₂O₄具有原料豐富，對環境友好，工作電壓較高，耐過充和安全性好等優點，是最有潛力替代LiCoO₂的Li離子電池正極材料之一。為了滿足高功率系統的應用要求，必須發展具有快速動力學的正極材料。納米多孔LiMn₂O₄正極材料的研制是近年來研究的熱點問題。納米多孔電極可以縮短Li離子的擴散距離，非常利于電解液滲透到電極材料中，增加有效接觸面積，進而利于電荷在電極和電解液間的傳輸。尤其是相互連通的多孔結構可以更好的緩沖循環過程中Li離子反復脫嵌引起的體積膨脹和收縮。因此，制備多孔的LiMn₂O₄正極材料具有很大的實用價值。

目前，多孔LiMn₂O₄的制備方法主要是采用共沉淀法獲得碳酸鹽作為前驅物，再經過煅燒可以得到納米粒子自組裝的微米多孔材料。該制備方法比較復雜，尤其是通過共沉淀法得到的沉淀物要進行反復多次洗滌，得到的Mn(CO₃)₂沉淀物要先進行一次煅燒后得到MnO₂，然后MnO₂與LiOH再配置成溶液充分攪拌和混合，蒸干后，再進行反應燒結，制成多孔材料。

因此，尋求一種工藝簡單，操作方便，成本低廉的多孔LiMn₂O₄的制備方法具有重要的實際意義。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種簡單有效，以碳球為模板的制備多孔LiMn₂O₄的方法。

為了解決以上技術問題，本發明是通過以下技術方案予以實現的，包括如下步驟：

(1)采用硝酸鋰和硝酸錳或采用醋酸鋰和醋酸錳作為原料，按摩爾比Li:Mn＝1:2的比例進行配比，并制成水溶液。

(2)向步驟(1)制備的水溶液中加入一定量的絡合劑檸檬酸；其中：檸檬酸與步驟(1)中溶液中的陽離子的摩爾比為1：2。

(3)調整步驟(2)水溶液的pH值，緩慢加入適量NH₃·H₂O將溶液的pH值調整到7～9，形成溶膠。

(4)向步驟(3)制備的溶膠中加入碳球，并充分攪拌使得碳球分散均勻，得到懸濁液；其中：碳球與溶液中Mn離子的摩爾比為1～20:1。

(5)在80℃條件下攪拌步驟(4)中制備的懸濁液，直到形成凝膠。

(6)將步驟(5)獲得的凝膠于160℃條件下干燥1h，待降到室溫后研磨獲得前驅物。

(7)將步驟(6)獲得的前驅物加熱到400～550℃后預燒4～10h，之后冷卻到室溫，進行充分研磨，得粉末樣品。

(8)將步驟(7)的粉末樣品在600～850℃煅燒4～24h，得多孔結構的LiMn₂O₄單相材料。

作為一種優化，所述步驟(7)中，預燒溫度為500℃，預燒時間為6h。

作為一種優化，所述步驟(8)中，煅燒溫度為650℃，煅燒時間為6h。

與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：

(1)本發明采用的工藝簡單，制備條件溫和，煅燒溫度低，熱處理時間短，節省能源。

(2)采用碳球作為模板，在低于LiMn₂O₄的成相溫度下即可通過氧化成氣體很容易地除去，而留下孔或者孔道。

(3)采用該方法得到的多孔LiMn₂O₄材料的比表面積較高，為10.43～14.69m²/g。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制得的多孔LiMn₂O₄的X射線衍射(XRD)圖譜。

圖2為本發明實施例1制得的多孔LiMn₂O₄的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

圖3為本發明實施例1制得的多孔LiMn₂O₄的N₂吸附、脫附曲線。