[发明专利]一种锂离子正极材料纳米尖晶石锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料，具体涉及一种具有纳米尖晶石结构锰酸锂的制造方法。

背景技术

具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)由于具有电压高、循环寿命长、成本低、资源丰富以及无毒性，因而成为新一代锂离子电池最有前途的正极材料之一，而粒径在纳米范围的LiMn₂O₄因材料粒径小，锂离子在颗粒内部嵌入/脱嵌时迁移路径短，对提高LiMn₂O₄的大倍率充放电性能、利用率(比容量)方面有着明显效果。

尖晶石型LiMn₂O₄目前采用的合成方法主要有固相法、液相法、气相法三种。固相合成法采用粉末固体为合成原料，由于固相扩散速度与物质混合的不均匀性，一般要求较高反应温度与较长的反应时间，容易产生其它组分的Li-Mn-O副产物，制备产物在组成、结构、粒度分布上也存在较大差别，导致材料的电化学性能不易控制。气相法也因为存在步骤复杂、条件苛刻的问题，难于实现工业化控制，目前仅停留在实验室研究阶段。

目前液相法中最有代表性的低温化学合成法是溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法具有降低合成温度、缩短反应时间、粒径分布窄等优点，但也存在合成步骤多、工艺复杂的缺点，难于在LiMn₂O₄的规模化生产中获得应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池纳米尖晶石锰酸锂的制造方法，该方法综合了液相法与固相法的优点，工艺简单、方便、易于工业规模化生产，生产成本低，而且能保证所具电化学性能稳定、比容量高、成本低、安全性好的正极材料。

本发明制备锂离子电池纳米尖晶石锰酸锂的方法如下：

(1)以氢氧化锂为锂源，溶解后，与作为锰源材料的高纯度电解二氧化锰为锰源材料混合，于50-100℃温度下搅拌0.5-2小时，此步骤或采用超声波技术处理，备用；

(2)将醇或葡萄糖等弱还原剂的水溶液，缓慢滴加到氢氧化锂与电解二氧化锰的混合液中，于50-100℃温度搅拌处理6-20h，充分混合、反应，冷却、陈化数小时，过滤、干燥后得到前驱体混合物，在此步骤或将前驱体进行球磨处理，备用；

(3)将前驱体混合物置于650-950℃的高温下，于空气气氛中保温合成8-36小时，冷却后即得产品。

具体实施方式

本发明的实施例1：

将75.4gLiOH溶解在10L水中，然后加入156.6g电解二氧化锰(EMD)，将得到的浆料在50-100℃温度下搅拌0.5小时，然后将7.5g葡萄糖溶解在500mL水中，边搅拌边加入到上述浆中，然后加入4L水，反应继续在100℃温度搅拌处理6h，最后将得到的浆料冷却、陈化数小时。于750℃的高温下，于空气气氛中保温合成36小时，冷却后即得产品。

本发明的实施例2：

将75.4gLiOH溶解在10L水中，然后加入156.6g电解二氧化锰(EMD)，将得到的浆料在50-100℃温度下搅拌0.5小时，然后将7.5g葡萄糖溶解在500mL水中，边搅拌边加入到上述浆中，然后加入4L水，反应继续在100℃搅拌处理6h，并采用超声波处理10-20min，最后将得到的浆料冷却、陈化数小时。于750℃的高温下，于空气气氛中保温合成36小时，冷却后即得产品。

本发明的实施例3：

将75.4gLiOH溶解在10L水中，然后加入156.6g电解二氧化锰(EMD)，将得到的浆料在50-100℃搅拌0.5小时，然后将7.5g葡萄糖溶解在500mL水中，边搅拌边加入到上述浆中，然后加入4L水，反应继续在100℃搅拌处理6h，并采用超声波处理10-20min，最后将得到的浆料冷却、陈化数小时。干燥后采用高能球磨机处理10-30min后于750℃的高温下，于空气气氛中保温合成36小时，冷却后即得产品。