[發明專利]一種多面體類球形摻鋁尖晶石型錳酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 201710330448.3
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107104225B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 郭俊明;劉金濤;于月;白紅麗;蘇長偉;劉曉芳;白瑋;段開嬌
• 申請（專利權）人: 云南民族大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/505;H01M10/0525
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本發明公開了一種多面體類球形摻鋁尖晶石型錳酸鋰的制備方法。該方法包括如下步驟：按照分子式LiAl_xMn_2?xO₄(x=0.05；0.10；0.15；0.20)的鋰、錳和鋁離子摩爾比1:2?x:x，準確稱取鋰鹽、錳鹽和鋁鹽，用適量蒸餾水在50℃攪拌溶解，再逐滴加入氧化劑，保溫5?15min。在100℃使溶液蒸發一定體積水分后，轉移至瓷坩堝中。將此瓷坩堝置于150℃的程序升溫箱式電阻爐中保溫加熱5min，然后在400℃燃燒反應30?60min，最后在500℃保溫1?2h，冷卻后研磨得粉體。將粉末在600?700℃保溫3?6h，再次研磨得最終產物。本發明所制備的產品為多面體類球形的形貌，顆粒為亞微米尺寸、顆粒大小均一，在常溫和高溫有優異的比容量、循環穩定性和倍率性能。此制備方法工藝簡單、成本低廉。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，具體是一種多面體類球形鋁摻雜尖晶石型錳酸鋰正極材料及制備方法，屬于無機非金屬功能材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池由于其具有高能量、高功率密度，無記憶效應，安全性能好等優點被廣泛的應用于電動車、混合動力電動車，便攜式電子設備中，從而主導了能源供應市場。

尖晶石型錳酸鋰具有可供鋰離子快速遷移獨特的三維空間結構以及其具有低毒、低消耗、高安全性、環境友好等優點最有可能替代商業化的鈷酸鋰成為新一代較有前景的正極材料。

但是，錳酸鋰在循環過程中結構不穩定，循環性能不佳，尤其是在高溫條件下，容量衰減很快，這制約了尖晶石型錳酸鋰在鋰離子電池領域的大規模商業化的使用。目前，改善這一缺點的主要的方法是對該材料進行體相摻雜和表面修飾。

據報道，鋁摻雜尖晶石型錳酸鋰能夠明顯的提高在循環過程中的結構的穩定性和熱穩定性，從而引起了許多研究者的廣泛關注。

中國發明專利授權公告號CN102856543B公開了一種錳酸鋰材料的制備方法，其方法是：將濃度為0.1mol/L-5mol/L錳鹽的水溶液和濃度為0.1mol/L-5mol/L的碳酸鹽的水溶液混合，攪拌反應1分鐘-120分鐘，分離、洗滌、干燥后得到球形碳酸錳；將球形碳酸錳分散于水中得到分散液，向分散液中滴加濃度為0.1mol/L-5mol/L的氧化劑，攪拌5分鐘-5小時后滴加稀酸，反應5分鐘-5小時，分離、洗滌、干燥后得到球形二氧化錳；將球形二氧化錳于300℃-600℃下熱處理1小時-20小時；將經過熱處理的球形二氧化錳與鋰鹽混合得到混合物，將混合物于500℃-900℃下煅燒1小時-20小時得到錳酸鋰材料。

中國發明專利授權公告號CN103887490B公開了一種鎳錳酸鋰粉體的制備方法，其方法是：先將單體丙烯酰胺和雙官能團單體N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺溶于去離子水得到混合溶液，然后與可溶性鋰鹽、鎳鹽、錳鹽的溶液混合，向混合溶液中過硫酸銨做為引發劑攪拌均勻。將泡沫陶瓷置于混合溶液中，浸潤，中火加熱蒸發水分，形成凝膠后發生燃燒，獲得高活性粉體。最后將粉體在500℃下保溫2-5h,然后在750-900℃下保溫3-10h。

中國發明專利授權公告號CN103715415B公開了一種錳酸鋰正極材料的制備方法，其方法是：將錳鹽溶液、鈷鹽溶液以及鉻鹽溶液混合，攪拌1h得到混合鹽溶液。配制沉淀劑溶液，并將混合鹽溶液和沉淀劑溶液通過蠕動泵加入至反應釜中，控制pH=7-13。將按比例稱好的二氧化錳也加入到上述的混合液中，攪拌陳化，將固液分離，用去離子水將所得前軀體洗滌至弱堿性。將前軀體與鋰源球磨混合烘干，得到前軀體材料。將前軀體材料進行二次焙燒，一次焙燒500-850℃下保溫6-18h，二次焙燒400-600℃下保溫4-8h。