专利名称：一种纳米锰酸锂的微波制备方法
技术领域：
本发明属于能源材料制备技术，特别涉及一种锰酸锂电池正极材料的微波制备方法。
背景技术：
在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。尖晶石型LiMn2O4是近年来被广泛关注的锂离子极材料之一，与目前商业用正极材料 LiCoO2相比具有资源丰富、价格低廉、无毒无污染等优点，尖晶石锰酸锂的主体结构是由氧离子作规则的立方紧密堆积组成，锂离子和锰离子分别占据在四面体和八面体空隙中，它的最简式为LiMn2O4，具有Fd;3m(No. 227)的空问群，锂离子分布在锰氧八面体周围的三维孔道中，从而保证它在孔道中的迁移，使充放电过程具有良好的循环性能。尖晶石型LiMn2O4相对于金属锂的嵌入.脱出电位在4V左右，与LiCoA和LiNW2 接近。锰的自然资源丰富，在锂离子电池的大量使用中可以保持低成本。而且锰化合物在电池行业中使用的历史很长，对锰化合物的处理和回收的经验丰富，不会对环境造成很大的污染。研究表明，合成方法对产物结构和性能具有重要的影响，因此，发展新的方法来制备尖晶石型LiMn2O4材料成为改进其性能的重要途径之一。目前常用来制备LiMn2O4的方法主要为传统固相法，此方法简单快捷，但混料不均，原料受热不均勻，产品粒径不均勻，物相纯度受到局限，且电力消耗巨大，成本较高能耗大，产品性能较差。
发明内容
为了解决上述所存在的问题，本发明提供一种纳米锰酸锂的微波制备方法。一方面解决了固相法合成中物料受热不均勻，产品粒径一致性差的弊端，得到结晶度均勻的纳米级锰酸锂，提高了锰酸锂的循环性能和容量；同时，粒径较小，均勻一致，避免了传统方法制备锰酸锂后期破碎过程中引入杂质。另一方面通过微波烧结使得烧结时间大大降低，节约大量电力资源，达到节能减排的目的。为了实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的，—种纳米锰酸锂的微波制备方法，该方法包括以下步骤按Li Mn的摩尔比为1 2的比例将含Li、Mn元素的化合物溶于去离子水中， 充分搅拌得到均勻混合溶液，然后向此混合溶液中加入2 5倍上述金属离子物质的量之和的沉淀剂溶液，并搅拌进行水浴加热，充分反应后得到LiMn2O4沉淀，经过滤、洗涤、微波干燥，过250目筛后，在空气中经微波烧结即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。本发明进一步的特征在于所述含Li元素的化合物为硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂或商化锂(氯化锂、溴化锂或碘化锂)。所述含Mn元素的化合物为硝酸锰或乙酸锰。
所述沉淀剂为尿素。所述水浴加热的温度为80°C 100°C。所述微波干燥是通过微波干燥方法进行，温度为40 60°C，干燥1 浊。所述微波烧结是通过微波热源方法进行，以2 4kW烧结5 他。本发明的优点是，通过共沉淀的方法制备出纳米级的锰酸锂，该工艺采用在液相中混合反应物的方法，实现元素间分子级的混合，选用尿素作为沉淀剂，随着不断的加温搅拌，尿素在水中逐渐缓慢释放出0H—离子，从而使得反应生成的沉淀细致均勻，更为致密。又通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均勻，产物颗粒更为均勻一致，结晶度更好，提升产品品质，有利于制备性能稳定的锰酸锂，且能节省能源，缩短生产周期，提高生产效率。
图1是实施例1中合成样品的XRD图。图2是实施例1中合成样品的SEM(扫描电子显微镜)形貌图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定本发明的实施范围。实施例1按Li Mn的摩尔比为1 2的比例，分别将硝酸锂、硝酸锰溶解于去离子水中， 并充分搅拌，使得溶液均勻混合，然后向此混合溶液中加入2倍于上述金属离子物质的量之和的尿素溶液作为沉淀剂，并搅拌进行水浴80°C加热，充分反应后得到LiMn2O4前驱体沉淀，过滤后，用2倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次，微波40°C干燥池，所得干燥后的 LiMn2O4过250目筛后，在空气中经微波2kW烧结他即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料， 所得样品的XRD图和形貌如图1、图2所示。实施例2按Li Mn的摩尔比为1 2，分别将硝酸锂、硝酸锰溶解于去离子水中，并充分搅拌，使得溶液均勻混合，然后向此混合溶液中加入3倍于上述金属离子物质的量之和的尿素溶液作为沉淀剂，并搅拌进行水浴90°C加热，充分反应后得到LiMn2O4前驱体沉淀，过滤后，用2倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次，微波50°C干燥1.紐，所得干燥后的LiMn2O4 过250目筛后，在空气中经微波3kW烧结他即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。实施例3按Li Mn的摩尔比为1 2，分别将硝酸锂、硝酸锰溶解于去离子水中，并充分搅拌，使得溶液均勻混合，然后向此混合溶液中加入5倍于上述金属离子物质的量之和的尿素溶液作为沉淀剂，并搅拌进行水浴100°C加热，充分反应后得到LiMn2O4前驱体沉淀，过滤后，用2倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次，微波60V干燥lh，所得干燥后的LiMn2O4过 250目筛后，在空气中经微波4kW烧结证即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。实施例4按Li Mn的摩尔比为1 2，分别将卤化锂(氯化锂、溴化锂或碘化锂中的一种)、硝酸锰溶解于去离子水中，并充分搅拌，使得溶液均勻混合，然后向此混合溶液中加入 4倍于上述金属离子物质的量之和的尿素溶液作为沉淀剂，并搅拌进行水浴95°C加热，充分反应后得到LiMn2O4前驱体沉淀，过滤后，用2倍于沉淀物体积的去离子水洗涤3次，微波 55°C干燥lh，所得干燥后的LiMn2O4过250目筛后，在空气中经微波3kW烧结他即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。
权利要求
1.一种纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤按Li Mn的摩尔比为1 2的比例将含Li、Mn元素的化合物溶于去离子水中，充分搅拌得到均勻混合溶液，然后向此混合溶液中加入2 5倍上述金属离子物质的量之和的沉淀剂溶液，并搅拌进行水浴加热，充分反应后得到LiMn2O4沉淀，经过滤、洗涤、微波干燥， 过250目筛后，在空气中经微波烧结即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。
2.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述含Li元素的化合物为硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂、氯化锂、溴化锂或碘化锂。
3.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述含Mn元素的化合物为硝酸锰或乙酸锰。
4.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为尿素。
5.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述水浴加热的温度为80°C 100°C。
6.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述微波干燥是通过微波干燥方法进行，温度为40 60°C，干燥1 浊。
7.根据权利要求1所述的纳米锰酸锂的微波制备方法，其特征在于，所述微波烧结是通过微波热源方法进行，以2 4kW烧结5 他。
全文摘要
本发明公开了一种纳米锰酸锂的微波制备方法，按Li∶Mn的元素的化合物配制成均匀混合液，向此混合液中加入沉淀剂，并搅拌进行水浴加热，充分反应后得到LiMn2O4沉淀，经过滤、洗涤、微波干燥、过筛后，在空气中经微波烧结即得到纳米级粒径的LiMn2O4正极材料。该工艺采用在液相中混合反应物的方法，通过共沉淀制备出纳米级的锰酸锂，实现元素间分子级的混合。选用尿素作为沉淀剂，从而使得反应生成的沉淀细致均匀，更为致密。又通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均匀，产物颗粒更为均匀一致，结晶度更好。提升了产品品质，有利于制备性能稳定的锰酸锂；且能节省能源，缩短生产周期，提高生产效率。
文档编号B82Y40/00GK102522538SQ20111045698
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者王少卿 申请人:彩虹集团公司