专利名称：高性能锂离子电池正极材料LiMn的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高性能锂离子电池正极材料的制备方法，它属于电化学、无机合成和电子产品技术领域。
锂离子电池是近几年脱颖而出的最新一代高比能量化学电源，它一出现以其强大生命力广泛用于移动通讯、便携式手提计算机、摄像机、照像机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车首选配套电源。在锂离子电池发展和制造过程中，正极材料制备是关键技术之一。各国研究机构和电池制造厂家都投入大量人力、物力研制各种具有容量大、电位高的正极材料，研究最多的是以过渡金属为主的氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4，LiCoO2材料已是成熟产品，在日本已有广泛应用。但Li-CoO2材料价格偏高，进口成品材料1200～1600元/Kg，以它作正极材料制造的锂离子电池价格昂贵，使得应用范围受到一定限制。LiNiO2和LiMn2O4不仅具有与Li-CoO2相当的电化学性能，而且具有明显的价格优势，LiMn2O4比LiNiO2价格更低，更具应用前景。因而倍受各国电化学行业的关注，是目前锂离子电池正极材料研究的热点。J.M.Tarascom等人报导了以Li2CO3或LiNO3和电解MnO2为原料合成LiMn2O4[J.Electrochem.Soc.141，No.6，June 1994，1421-1431]，该方法需在800℃下分两次分别合成24h和48h，然后再以5～10℃/h的速度冷却，所得产物的工作电位为4.2～3.0V。文献[J.Power Source，41(1993)305～314]报导的方法合成时间则更长。文献[J.Electrochem.Soc.Vol 138 No.10(1991).2859-2868]报导了以Li2CO3、MnO2为原料，在600～1100℃间不同温度下合成LiMn2O4的方法，所得产物的比容量为90～105mAh/g。其它文献公开的方法，或者是合成温度高，时间长，或者是所得产物的性能指标不理想。
本发明的目的在于提供一种制备锂离子电池正极材料LiMn2O4的新方法，该方法应在保证产品质量的稳定性、可靠性和均匀性的前提下，从国内廉价原材料出发，具有生产成本低，工艺简单，适合于规模化生产的特点。
为实现上述目的所采用的技术措施是制备LiMn2O4材料是以二氧化锰(MnO2)、碳酸锰(MnCO3)、硝酸锰(Mn(NO3)2)或醋酸锰(Mn(CH3COO)2)和氢氧化锂(LiOH)、碳酸锂(Li2CO3)或硝酸锂(LiNO3)作原料，合成基本反应为
准确分析各种原材料的成份和含量，锂与锰的摩尔比在0.45至0.5范围。
按上述比例准确称取在任一组反应的原材料，通过球磨混合均匀后，置于模具中，在油压机上压成块状，放置高温烧结炉中烧结，温度在600至800℃，烧结共36小时后，取出粉碎球磨，过300目分样筛，然后收集产品，密封储存备用。
经测试，该材料的电性能达到120mAh/g比容量，工作电位在4.15～3.70伏(相对于锂参比电极)，与价格昂贵的LiCoO2材料相当，而其成本仅为LiCoO2材料的4.5％左右，因此，LiMn2O4是先进的锂离子电池首选的正极材料。
与已有技术相比，采用本发明的技术措施所取得的有益效果本发明的锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法具有以下几个显著特点1)制备的LiMn2O4材料性能优良，在0.25C放电率下，可以达到120mAh/g的比容量，放电电位在4.15至3.70伏(相对锂参比电极)。
2)制备的材料价格低廉，如以MnO2和LiOH作原料，制造1Kg LiMn2O4仅需原材料费24.70元/Kg。
3)工艺简单，合成时间短，易于掌握，容易实现工业化规模生产。
4)清洁无污染，不含任何有害元素。
图1是用本发明方法制得的LiMn2O4材料制成电极在0.25C放电率下的放电曲线。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明实施例准确称取MnO2348g、LiOH·H2O84g，在球磨机中球磨混合15～20分钟，将混合料置于模具中在油压机上压成块状，放置在高温炉中加热，在600℃至800℃分段烧结共36小时，冷却后取出粉碎球磨，过300目分样筛，即成锂离子电池用LiMn2O4正极材料。收集密封备用。
权利要求
1.一种高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法，其特征在于该方法是以MnO2、MnCO3、Mn(NO3)2、或Mn(CH3COO)2和LiOH、Li2CO3或LiNO3为原料，按比例混合，经球磨均匀后压成块状，在600～800℃烧结36小时，冷却后取出，粉碎球磨，用300目分样筛过筛即得产品。
2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于配料时锂与锰的摩尔比为0.45～0.5。
3.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的LiMn2O4具有尖晶石层状结构，用锂电极作参比时的工作电位在4.15到3.70伏，在0.25C放电率下的比容量为120mAh/g。
全文摘要
本发明公开了一种高性能锂离子电池正极材料LiMn
文档编号C01B13/14GK1166698SQ97109010
公开日1997年12月3日 申请日期1997年1月17日 优先权日1997年1月17日
发明者李升宪, 艾新平, 杨汉西, 胡晓宏, 范玉璋 申请人:武汉大学