锂离子电池正极材料尖晶石型锂锰氧化物的制备方法

摘要

一种锂离子电池正极材料尖晶石型锂锰氧化物的制备方法属于锂离子电池材料技术领域。本发明所采用的方法,其特征在于:将含1－10%(重量)双氧水和1－5%(重量)氢氧化锂的水溶液,加入到1－5%(重量)硝酸锰的水溶液中,搅拌0.5－2小时后,在室温下陈化,得到组分混合均匀的反应前驱物;将所制前驱物在400－900℃下焙烧3天,即得所需产物。该方法不使用较贵的原材料,生产工艺简单,由于采用液相法首先制备出组分混合均匀的反应前驱物,不但降低了焙烧温度和能耗,而且所得产物具有纯相的尖晶石结构、均一的化学组成及颗粒度。由该方法制备出的锂离子电池材料广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄录像机、电动汽车等领域。

说明书

技术领域

一种锂离子电池正极材料尖晶石型锂锰氧化物的制备方法属于锂离子电池材料技术领域。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的一种新型的绿色环保能源，由于其具有电池电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小以及无污染等优点而倍受世人青睐。目前锂离子电池正以其它电池所不可比拟的优势迅速占领移动电话、笔记本电脑、小型摄录像机、电动汽车等应用领域。

锂离子电池的负极一般采用改性石墨等碳材料。锂离子电池正极材料主要是锂与过渡金属氧化物形成的嵌入化合物，如具有层状结构的LiCoO₂和LiNiO₂和具有立方尖晶石结构的LiMn₂O₄。其中，LiCoO₂的合成与制备技术已趋于成熟，并已实现工业化，但存在价格昂贵、污染大等不足；以镍代替钴制备的锂镍氧化物可使原材料的成本显著降低，比容量也较高，但其制备过程中条件控制非常苛刻，同时对其安全性也有异议。因此，在锂离子电池的普及应用过程中，制备性能优越而且价格便宜的正极材料是锂离子电池发展的关键问题之一。

作为锂离子电池正极候选材料之一的尖晶石型锂锰氧化物，由于其价格(约为已商品化的Co系正极材料的1/20)和环保(毒性小、易回收)上的优势，近年来发展较快。

尖晶石型锂锰氧化物目前常用的制备方法大致可分为高温固相法和被称为“软化学”的低温法。后者包括溶胶-凝胶法、Pechini法、和水热法等。高温固相法往往需要采用高温(＞600℃)来促使反应物种在固体颗粒中长距离的扩散得以进行。一方面，反应物种长距离的扩散可能造成产物组分的非均匀性，不正常的晶粒生长和对组分的控制性差；另一方面，反应温度升高容易产生烧结现象阻碍反应进行，或者引起反应物分解失控的情况，所以采用高温固相法得到的锂锰氧化物往往含有杂质、形貌不规则、颗粒较大、粒度分布不均匀、导电性和可逆性能差，这使其在锂离子电池中的应用受到很大限制。相比之下，采用被称为“软化学”的低温法制备出的产品，在产品的形貌、组成和微观结构方面可以人为控制，并且在提高产物电化学性能方而取得了一定的效果，然而这些低温“软化学”方法仍然存在生产工艺复杂、条件苛刻，原料相对价格昂贵、不易获得、适用面窄，生产成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种原材料便宜及生产工艺简单、具有纯相的尖晶石结构、均一的化学组成及颗粒度的锂离子电池正极材料尖晶石型锂锰氧化物的制备方法。

本发明所采用的方法，其特征在于：将含1-10％(重量)双氧水和1-5％(重量)氢氧化锂的水溶液，加入到1-5％(重量)硝酸锰的水溶液中，搅拌0.5-2小时后，在室温下陈化，得到组分混合均匀的反应前驱物；将所制前驱物在400-900℃下焙烧3天，即得所需产物。该方法不使用较贵的原材料，生产工艺简单，由于采用液相法首先制备出组分混合均匀的反应前驱物，不但降低了焙烧温度和能耗，而且所得产物具有纯相的尖晶石结构、均一的化学组成及颗粒度。

采用日本Rigaku D/Max-3C X射线粉末衍射仪(Cu K_α辐射，λ＝1.5406)测定制备出的材料结构。采用上海正方电子有限公司生产的DC-5C电池性能综合测试仪进行材料的电化学性能测试(恒电流充放电测试)，充放电电流密度为0.25mA/cm²，充放电限制电压3.0-4.3V。

试验表明：所得产物具有纯相的尖晶石结构、均一的化学组成及颗粒度。

附图说明

图1：产物A和B的粉末X射线衍射图；

图2：产物A的充放电容量-循环次数图；

图3：产物B的充放电容量-循环次数图。

具体实施方式

例1、将含双氧水3％和氢氧化锂2.5％的水溶液，在剧烈搅拌下，缓慢加入到硝酸锰3％的水溶液中，搅拌1小时后，置于空气中，在室温下陈化一天，过滤，洗涤，得到组分混合均匀的反应前驱物。所制前驱物在600℃下焙烧3天，即得产物A。见图1、图2。

例2、将含双氧水3％和氢氧化锂2％的水溶液，在剧烈搅拌下，缓慢加入到硝酸锰3％的水溶液中，搅拌1小时后，置于空气中，在室温下陈化一天，过滤，洗涤，得到组分混合均匀的反应前驱物。所制前驱物在600℃下焙烧3天，即得产物B。见图1、图3。