一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料的制备和改进方法，采用以下工艺步骤：（1）将锰盐、锂盐、及少量溶剂，混合均匀后,准备煅烧；（2）将得到的混合物空气气氛中加热，得到前躯体；（3）将前躯体于自然冷却，加入掺杂元素,再研磨均匀;（4）得到的前躯与适量的包覆材料混合研磨均匀；（5）将上述粉末进行煅烧，得到粉末材料；自然冷却至室温后于球磨机中研磨，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料。本发明所制备正极材料颗粒均匀，结晶性能好；本发明所提供的尖晶石型的正极材料具有比容量高，循环性能好等较好的电化学性能；适合大规模化生产，可以用于动力锂离子电池正极材料使用。
【专利说明】一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003]锂离子电池由于其具有高能量、环境友好等特点而迅速占据消费市场，广泛应用于便携式电子产品、电动汽车等领域。纵观目前主要的几种正极材料，锰酸锂LiMn2O4正极材料显示独特的优势，即高能量，高放电电压平台，高安全性及环保与价廉等，被认为是最有可能替代钴酸锂而商业化的正极材料之一。不过，该材料也存在在高温循环性能不佳等不足之处，还不能完全满足市场需求的高能量，高功率密度。
[0004]针对以上所述锰酸锂LiMn2O4正极材料存在的缺点，需要提供一种价格便宜，循环性能佳，低、高温性能较好的合成方法和寻找好的包覆与掺杂元素。
[0005]目前合成锂离子电池正极材料的方法主要有固相法，共沉淀法以及溶胶-凝胶法等等。固相法操作简单，但是容易造成混料不均，颗粒比较大等缺陷。共沉淀法是目前最普遍的方法，不过合成过程复杂，工艺调节控制比较严格，需要经过沉淀，洗涤等多个步骤，易导致产品中镍、钴、锰比例失调。而溶胶-凝胶法合成的产品，颗粒均匀，结晶好，纯度高；但最终颗粒的大小不容易控制，生产成本高。本发明是对现有固态法的改进。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种动力锂离子电锰酸锂正极材料及其制备与改进方法，该正极材料颗粒均匀，结晶性能好，具有比容量高，循环性能好等较好的电化学性能。
[0008]按照本发明提供的技术方案，所述锂离子电池锰酸锂正极材料，特征是:所述正极材料的化学通式为LiMn2O4;
本发明还保护一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，特征是，采用以下工艺步
骤:
(1)将锰盐、锂盐、及少量溶剂，混合均匀后，准备煅烧；所述锰盐、锂盐、的摩尔比为
2:1 ；
(2)将步骤(I)得到的混合物于50?400°C的空气气氛中加热，加热时间为3?18小时，，得到前躯体；
(3)将前躯体于自然冷却，加入掺杂元素，再研磨均匀；
(4)得到的前躯与适量的包覆材料混合研磨均匀；
(5)将上述粉末进行煅烧，煅烧温度为500?900°C，煅烧时间为3?30小时，得到粉末材料；自然冷却至室温后于球磨机中研磨0.5?2小时，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料。
[0009]所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、二氧化锰、碳酸锰、氯化锰中的一种或多种，所述锂盐为乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种；所述包覆材料为氧化铝，氧化铁，氧化钛，氧化镍中的一种或几种；所述的掺杂元素是镁，铁，钙，钴，铜，铯中的一种或多种。
[0010]所述助研剂是水和/乙醇。
[0011]本发明的优点:
(1)本发明所制备正极材料颗粒均匀，结晶度高；
(2)本发明所提供的尖晶石结构的正极材料具有比容量高，循环性能好等较好的电化学性能；适合大规模化生产，可以用于锂离子电池正极材料使用。
[0012]
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例一所制备的正极材料Lihci3CexMnmO4(χ=0.01，0.02，0.03)的XRD图谱。
[0014]图2是本发明实施例一所制备的正极材料Lihci3CexMnmO4(χ=0.01，0.02，0.03)
的首次充放电容量曲线图。
[0015]图3是本发明实施例一所制备的正极材料Lihci3CexMnmO4(χ=0.01，0.02，0.03)的充放电循环图。
[0016]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0017]实施例一:一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，采用以下工艺步骤:
(1)将二氧化锰和碳酸锂以摩尔比为2:1，混合均匀后加1%的乙醇，研磨；
(2)将步骤(I)得到的混合物在100-400°C加热，加热时间为12小时，然后自然冷却，得到干燥的前躯体，研磨均匀；
(3)将干燥的前躯体与MgO及Ce203混合，煅烧，煅烧温度为700°C，煅烧时间为20小时，煅烧后自然冷却至室温后再次在球磨机上研磨0.5小时，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料 Li1.03CexMn1.97_x04(x=0.01, 0.02，0.03)；
实施例二:一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，采用以下工艺步骤:
(I)乙酸锰与乙酸锂按摩尔比为2:1混合，混合均匀后加1%的乙醇，研磨；
(2 )将步骤(I)得到的混合物在100-400 V加热，加热时间为12小时，然后自然冷却，得到干燥的前躯体，研磨均匀；
(3)将干燥的前躯体与MgO及A1203混合，煅烧，煅烧温度为700°C，煅烧时间为20小时，煅烧后自然冷却至室温后再次在球磨机上研磨0.5小时，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料 Li1.03Α1χΜηι.97_χ04 (x=0.01，0.02，0.03);
实施例三:一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，采用以下工艺步骤:
(I)将碳酸酸锰和乙酸锂按摩尔比为2:1混合，混合均匀后加1%的乙醇，研磨；
(2 )将步骤(I)得到的混合物在100-400 V加热，加热时间为12小时，然后自然冷却，得到干燥的前躯体，研磨均匀；(3)将干燥的前躯体与CaO混合，煅烧，煅烧温度为750°C，煅烧时间为20小时，煅烧后自然冷却至室温后再次在球磨机上研磨0.5小时，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料LiMn204;
将实施例一得到的正极材料进行XRD检测，结果如图1所示，图1的横坐标为扫描范围2Θ (10~90° )，纵坐标为峰的强度，可以从图1中看出，正极材料是闻度有序的尖晶石结构；将材料组装成扣式电池，并对其进行充放电测试，充放电电压范围为3.0-4.5V，如图2所示，首次放电比容量最大为123.3mAh/g,图3为充放电玄幻曲线的横坐标为循环次数，纵坐标为比容量，单位为 mAh/g。
【权利要求】
1.一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，其特征是:所述正极材料的化学通式为LiMn204。
2.一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，，其特征是，采用以下工艺步骤: (1)将锰盐、锂盐、及少量溶剂，混合均匀后，准备煅烧；所述锰盐、锂盐、的摩尔比为2:1 ； (2)将步骤(1)得到的混合物于50~400°C的空气气氛中加热，加热时间为3~18小时，得到前躯体； (3)将前躯体于自然冷却，加入掺杂元素，再研磨均匀； (4)得到的前躯与适量的包覆材料混合研磨均匀； (5)将上述粉末进行煅烧，煅烧温度为500~900°C，煅烧时间为3~30小时，得到粉末材料；自然冷却至室温后于球磨机中研磨0.5~2小时，即得到所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料。
3.如权利要求2所述的动力锂离子电池锰酸锂正极材料的制备方法，其特征是:所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、二氧化锰、碳酸锰、氯化锰中的一种或多种，所述锂盐为乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种；所述包覆材料为氧化铝，氧化铁，氧化钛，氧化镍中的一种或几种；所述的掺杂元素是镁，铁，钙，钴，铜，铯中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的一种动力锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法，其特征是:所述助研剂是水和/乙醇`。
【文档编号】H01M4/505GK103606670SQ201310636291
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】张海朗 申请人:苏州科大微龙信息技术有限公司