尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及锂离子电池领域，具体的说是一种尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着锂离子电池的发展，LiCoO2已经商业化多年，但是由于其昂贵的价格和环境不友好等缺点，人们开始寻求这种材料的替代产品。尖晶石型LiMn2O4便开始得到越来越多的关注，人们选择它作为正极材料的替代者主要优势在于:丰富的Mn蕴藏量，价格低廉，容易制备，环境友好等。
[0003]但是传统的固相法制备LiMn2O4颗粒不均一、粒子大、形貌不规整、粒径分布宽、化学计量比难控制，制备过程反复混料磨匀后反复焙烧、热处理时间长等劣势。因为正极材料锰酸锂容量衰减快、高温性能不好、合成高耗能等方面的劣势，问题阻碍了其在实际锂离子电池中的应用。
[0004]申请号为201210366006.1的发明专利公开了一种掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料，由锂源化合物、锰源化合物和金属元素掺杂化合物为原料制备而成，具体包括如下步骤:1)溶液的配置:溶液A:将锰源化合物配制成Mn2+浓度为0.2?1.0mol/L的锰源化合物水溶液，按照分子式中的配比取金属元素M掺杂化合物或金属元素N掺杂化合物并溶解于锰源化合物水溶液中，得到溶液A;溶液B:将缓冲剂配制成0.2?1.5mol/L的缓冲剂水溶液，得到溶液B; 2)前躯体制备:将步骤I)中的溶液A和溶液B以2.0?8.0L/h的流速合并，调节体系的pH值在6.5?9.5之间，在40?60°C下保温并持续搅拌2?6h，过滤、干燥得到前躯体沉淀;3)前躯体的处理:将步骤2)得到的前躯体沉淀在500?650°C下保温处理4?6h;4)前躯体的包覆:将步骤3)处理后的前躯体加入到另一种金属元素掺杂化合物水溶液中，即金属元素N掺杂化合物水溶液或金属元素M掺杂化合物水溶液，搅拌均匀后喷雾干燥，得到包覆前躯体;5)混料:将步骤4)得到的包覆前躯体与锂源化合物混合，控制摩尔比Li: (Mn+M+N) = 0.5?
0.6:1； 6)烧结:将步骤5)混合后的混合料在400?600 °C条件下烧结4?8h，然后升温至650?900 °C烧结12?24h，冷却后过300目筛，得到掺杂型尖晶石锰酸锂电极材料。但上述尖晶石锰酸锂电极材料的制备方法步骤过于繁琐，且得到的尖晶石锰酸锂电极材料颗粒较大。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种工序简单、产物性能优良的尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0007]尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0008]步骤1、将通用塑料类聚合物材料加入到极性溶剂中搅拌后得聚合物溶液;将锂盐、锰盐和掺杂金属M盐按物质的量之比L1:Mn:M为I?1.1:1.8?2.05:0?0.2加入到乙醇、水或乙醇与水的混合物中，搅拌后得母液；
[0009]步骤2、以10?100RPM的转速将步骤I所得母液不断搅拌，同时将步骤I所得聚合物溶液以10?60mL/min的流速注入以10?100RPM的转速不断搅拌的母液中，得混合母液；
[0010]步骤3、将步骤2所得混合母液在50?85°C水浴蒸发至恒重，得固体；
[0011]步骤4、将步骤3所得固体红外干燥5?30min，得粉末状前驱体；
[0012]步骤5、将步骤4所得粉末状前驱体以2?30°C/min的速度升温到600?900°C后烧结I?10h，冷却后得到黑色粉体，黑色粉体研磨后过筛得尖晶石型锰酸锂电极材料成品。
[0013]本发明的有益效果在于:仅需要将聚合物溶液和母液以一定流速混合并不断搅拌，即可生成溶胀型网络结构，母液中的LiMn2O4前驱体有效成分可均匀分散到该网络结构表面，蒸发、干燥、煅烧、过滤后即得产物，工序简单，反应条件易于控制，且制得的尖晶石型锰酸锂电极材料品质均一、形貌好、粒子小、缺陷少。
【具体实施方式】
[0014]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
[0015]本发明最关键的构思在于:利用通用塑料类聚合物材料在溶剂和非溶剂中的溶解度差异，使高分子聚合物溶液在溶剂与非溶剂界面形成溶胀型网络结构，非溶剂中的LiMn2O4前驱体有效成分附着在该网络结构表面，经煅烧可得品质均一、形貌好、粒子小、缺陷少的产物。
[0016]本发明提供一种尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0017]步骤1、将通用塑料类聚合物材料加入到极性溶剂中搅拌后得聚合物溶液;将锂盐、锰盐和掺杂金属M盐按物质的量之比L1:Mn:M为I?1.1:1.8?2.05:0?0.2加入到乙醇、水或乙醇与水的混合物中，搅拌后得母液；
[0018]步骤2、以10?100RPM的转速将步骤I所得母液不断搅拌，同时将步骤I所得聚合物溶液以10?60mL/min的流速注入以10?100RPM的转速不断搅拌的母液中，得混合母液；
[0019]步骤3、将步骤2所得混合母液在50?85°C水浴蒸发至恒重，得固体；
[0020]步骤4、将步骤3所得固体红外干燥5?30min，得粉末状前驱体；
[0021]步骤5、将步骤4所得粉末状前驱体以2?30°C/min的速度升温到600?900°C后烧结I?10h，冷却后得到黑色粉体，黑色粉体研磨后过筛得尖晶石型锰酸锂电极材料成品。
[0022]进一步的，所述极性溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0023]进一步的，所述M为招、错或锌中的任意一种。
[0024]进一步的，所述通用塑料类聚合物材料为PMMA、PE、PP或PS。
[0025]进一步的，所述筛为100目筛。
[0026]本发明的原理为:通用塑料类聚合物材料可溶于某些极性溶剂而不溶于乙醇或水，锂盐、锰盐和掺杂金属M盐可溶于水或乙醇或二者的混合物，利用通用塑料类聚合物材料在溶剂和非溶剂中的溶解度差异，使高分子聚合物溶液在溶剂与非溶剂界面形成溶胀型网络结构，非溶剂中的LiMn2O4前驱体有效成分附着在该网络结构表面，经煅烧可得品质均一、形貌好、粒子小、缺陷少的产物。
[0027]从上述描述可知，本发明的有益效果在于:仅需要将聚合物溶液和母液以一定流速混合并不断搅拌，即可生成溶胀型网络结构，母液中的LiMn2O4前驱体有效成分可均匀分散到该网络结构表面，蒸发、干燥、煅烧、过滤后即得产物，工序简单，反应条件易于控制，且制得的尖晶石型锰酸锂电极材料品质均一、形貌好、粒子小、缺陷少。
[0028]实施例1
[0029]尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0030]步骤1、将PMMA加入到丙酮中搅拌后得聚合物溶液;将锂盐、锰盐按物质的量之比Li =MnSl: 1.8加入到乙醇、水或乙醇与水的混合物中，搅拌后得母液；
[0031]步骤2、以10RPM的转速将步骤I所得母液不断搅拌，同时将步骤I所得聚合物溶液以10mL/min的流速注入以10RPM的转速不断搅拌的母液中，得混合母液；
[0032]步骤3、将步骤2所得混合母液50°C水浴蒸发至恒重，得固体；
[0033]步骤4、将步骤3所得固体红外干燥5min，得粉末状前驱体；
[0034]步骤5、将步骤4所得粉末状前驱体以2°C/min的速度升温到600°C后烧结lh，冷却后得到黑色粉体，黑色粉体研磨后过100目筛得尖晶石型锰酸锂电极材料成品。
[0035]实施例2
[0036]尖晶石型锰酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤:
[0037]步骤1、将PE加入到N-甲基吡咯烷酮中搅拌后得聚合物溶液;将锂盐、锰盐、锆盐按物质的量之比L1:Mn:Zr为1.1:2.05:0.2加入到水中，搅拌后得母液；
[0038]步骤2、以100RPM的转速将步骤I所得母液不断搅拌，同时将步骤I所得聚合物溶液以60mL/min的流速注入以10RPM的转速不断搅拌的母液中，得混合母液；
[0039]步骤3、将步骤2所得混合母液85°C水浴蒸发至恒重，得固体；
[0040]步骤4、将步骤3所得固体红外干燥30min，得粉末状前驱体；
[0041