[發明專利]一種多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810711205.9
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108899506A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 鄭文芝;黃宇明;丘秀蓮;朱計劃;薛召;陳姚;楊偉
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華;裘暉

本發明屬于鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料及其制備方法。本發明通過將錳酸鋰加入到含有酚、醛、堿性催化劑的混合鹽溶液中，通過凝膠聚合反應得到濕凝膠，然后通過溶劑交換、高溫焙燒獲得多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料。與普通納米碳相比，多孔納米碳具有良好的導電性和穩定的結構，能夠在錳酸鋰表面形成良好的包覆層，減少其與電解液之間的直接接觸，減少電解液對錳酸鋰材料的侵蝕作用，同時還能在一定程度上提高材料的導電性，減少錳酸鋰材料的團聚，從而提高錳酸鋰材料的化學穩定性和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

尖晶石型錳酸鋰LiMn₂O₄是Hunter在1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，相比鈷酸鋰等傳統正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點，是理想的動力電池正極材料。

錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的集中研發是在20世紀90年代初日本索尼公司推出商品化的鋰離子電池后，但其在高溫下較不穩定，且在充放電過程中易向尖晶石結構轉變，導致容量衰減過快，高溫循環差的缺點一直限制著該材料在實際鋰離子電池中的使用。

近年來，各種納米碳材料由于其獨特的結構，良好的化學穩定性與機械穩定性，較大的表面積以及較好的導電性能被廣泛關注，也逐漸被應用于利電子電池領域。然而目前電極材料碳包覆過程無法控制包覆層厚度，碳包覆層過厚會增加鋰離子傳輸路徑，導致電極材料阻抗過大。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料的制備方法。該方法通過控制溶膠凝膠過程，實現多孔納米碳材料包覆層可控制備；并且方法操作簡單，原料價格低廉，能提高錳酸鋰材料的化學穩定性，解決高電壓循環過程中容量快速衰減等問題。

本發明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制得的多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料。該多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料具有優異的化學穩定性和循環穩定性。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量酚、醛單體加入到反應容器1中，并加入水，加入堿催化劑，攪拌均勻；然后加入LiMn₂O₄，在水浴下攪拌形成黑色均一的懸濁液，再將其注入到反應容器2中，將反應容器2密封，進行凝膠聚合反應；

(2)待反應時間截止后，從反應容器2中取出得到的濕凝膠，放入有機溶劑中進行溶劑交換，然后室溫下干燥；

(3)將干燥后的凝膠在N₂或惰性氣體保護下焙燒，然后自然冷卻，研磨，過篩，得到所述多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料。

本發明中加入LiMn₂O₄后通過控制攪拌時間可控制包覆層厚度，實現多孔納米碳材料包覆層的可控制備，攪拌過程是間苯二酚與甲醛的預聚過程，這個時間越長，理論上包覆在錳酸鋰表面的碳包覆層就越厚。本發明制得的多孔納米碳包覆錳酸鋰正極材料具有優異的化學穩定性和循環穩定性。

優選的，步驟(1)中所述酚單體為間苯二酚、對苯二酚中的至少一種。

優選的，步驟(1)中所述醛單體為甲醛、乙醛、糠醛中的至少一種。

優選的，步驟(1)中所述堿催化劑為無水碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種。