一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法。
【背景技术】
[0002]为了满足在更高存储容量方面的需求，锂离子电池的倍率性能和锂离子的能量密度必须得到改善，这促使研究人员研究出更新的正极或负极材料。而作为当下最具发展前景的几种锂离子电池正极材料之一的锰酸锂，凭借其价格低廉、对环境无污染、低温循环性能好等优点，得到了研究者们的广泛重视。但是，传统制备锰酸锂材料的高温固相法，其反应时间长、反应温度高、产物粒径分布不均一且颗粒尺寸一般为微米级。而纳米材料具有特殊的纳米尺寸效应，若锰酸锂颗粒的尺寸被控制在纳米级，锂离子和电子在锰酸锂中的扩散路径将极大地缩短，并且表现出优异的倍率性能。其次，由于纳米材料有特殊的表面效应，纳米尺寸的锰酸锂更易于表面改性。
[0003]经过对现有技术的检索发现，专利文献号CN102790210A公开了一种制备亚微米级锰酸锂的方法。该技术制备锰酸锂的水热温度高达380°C?420°C，反应釜内压强需要调节到22MPa?40MPa，而市场上能满足此反应条件的反应釜价格昂贵，且这种条件下的水热反应危险系数较高。
[0004]专利文献号CN10478672A公开了一种氧化锰与尖晶石锰酸锂锂离子电池及其制备的方法，该技术采用两步水热与高温固相法，通过向水热体系中加入还原剂，用表面活性剂实现氧化锰纳米片阵列向纳米线阵列的转变；通过高温固相法反应中加入锂源，实现氧化锰与尖晶石型锰酸锂纳米线的制备，但该技术制备锰酸锂的方法仍是高温固相法，水热反应只用于制备高温固相反应的前驱物。
[0005]专利文献号CN104752686A公开了一种采用传统高温固相法制备锰酸锂的方法，该技术制备锰酸锂采用将原料MnC03、Li2C03按一定比例混合球磨，过筛后，缓慢升温至600°C，保温6h，再升温至80(TC?850°C，保温18h ;该技术工艺过程复杂，并没有克服传统固相法反应时间长、能耗多、产物粒径不均一的缺点。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，所制备的锰酸锂为纳米级颗粒，纯度高、性能优异且颗粒尺寸分布均一，具有工艺步骤简单、反应温度低、反应时间短、对设备要求低、能源消耗少、可重复性强的特点。
[0007]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0008]一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，其步骤如下:
[0009]步骤一:将高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化锂按照摩尔比(0.7-1.1):(1.9-2.3):(22-34)溶于去离子水中，混合均匀，配置成反应液；
[0010]步骤二:将步骤一配置好的反应液置于水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为90-120°C，反应时间为3-12h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0012]本发明以高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化锂为原料，通过水热反应一步直接制备得到了高纯度锰酸锂，并且制得的锰酸锂颗粒为纳米级颗粒，颗粒尺寸分布均一，适用于制备锂离子电池的正极材料，与传统采用高温固相反应制备锰酸锂的方法相比，本发明方法具有工艺步骤简单、反应温度低、反应时间短、对设备要求低、能源消耗少、可重复性强的特点。
【附图说明】
[0013]图1是本发明制备的高纯锰酸锂电极的X-射线衍射(XRD)图谱。
[0014]图2是本发明制备的高纯锰酸锂电极的扫描电镜(SEM)微观形貌图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0016]实施例一
[0017]步骤一:将0.9mmol高猛酸钾、2.lmmol硫酸猛、34mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液；
[0018]步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热爸中进行水热反应，水热反应的温度为90°C，反应时间为6h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
[0019]参见图1，本实施例制备的纳米锰酸锂的纯度在99.6%左右。
[0020]参见图2，本实施例制备的锰酸锂为纳米级，尺寸约为50纳米，其尺寸分布均一。
[0021]实施例二
[0022]步骤一:将1.lmmol高猛酸钾、1.9mmol硫酸猛、30mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液；
[0023]步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热爸中进行水热反应，水热反应的温度为100°C，反应时间为9h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
[0024]实施例三
[0025]步骤一:将1.0mmol高猛酸钾、2.0mmol硫酸猛、26mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液；
[0026]步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热爸中进行水热反应，水热反应的温度为110°C，反应时间为3h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
[0027]实施例四
[0028]步骤一:将0.7mmol高猛酸钾、2.3mmol硫酸猛、22mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液；
[0029]步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热爸中进行水热反应，水热反应的温度为120°C，反应时间为12h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
【主权项】
1.一种低温合成高纯纳米猛酸锂的工艺方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:将高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化锂按照摩尔比(0.7-1.1): (1.9-2.3): (22-34)溶于去离子水中，混合均匀，配置成反应液； 步骤二:将步骤一配置好的反应液置于水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为90-120°C，反应时间为3-12h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。2.根据权利要求1所述的一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:将0.9mmol高猛酸钾、2.lmmol硫酸猛、34mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液； 步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为90°C，反应时间为6h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。3.根据权利要求1所述的一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:将1.lmmol高猛酸钾、1.9mmol硫酸猛、30mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液； 步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为100°C，反应时间为9h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。4.根据权利要求1所述的一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:将1.0mmol高猛酸钾、2.0mmol硫酸猛、26mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液； 步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为110°C，反应时间为3h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。5.根据权利要求1所述的一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，其特征在于，步骤如下: 步骤一:将0.7mmol高猛酸钾、2.3mmol硫酸猛、22mmol氢氧化锂溶于去离子水中，混合均匀，配置成80mL的反应液； 步骤二:将步骤一配置好的反应液置于100mL水热釜中进行水热反应，水热反应的温度为120°C，反应时间为12h，待冷却到室温后，经清洗、抽滤、干燥、分离，得到锰酸锂。
【专利摘要】一种低温合成高纯纳米锰酸锂的工艺方法，以高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化锂为原料，按比例混合后，通过水热反应一步直接制备得到高纯度锰酸锂，该方法制得的锰酸锂为纳米级颗粒，且颗粒尺寸分布均一，与传统采用高温固相反应制备锰酸锂的方法相比，本发明方法具有工艺步骤简单、反应温度低、反应时间短、对设备要求低、能源消耗少、可重复性强的特点。
【IPC分类】C01G45/12, H01M4/505, B82Y30/00
【公开号】CN105271423
【申请号】CN201510658575
【发明人】刘毅, 崔晗, 张利锋, 郑鹏, 原晓艳, 郭守武
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月12日