[发明专利]微波烧结制备锰酸锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性物质的制备方法，特别是涉及锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其输出电压高、比能量高、循环寿命长，并且自放电小、安全、无记忆效应等优点，已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点，其中正极材料是锂离子电池的关键。目前正极材料主要有：钴酸埋、镍酸埋、锰酸埋等，但国内仅有钴酸埋形成规模化生产。由于钴属于贵金属，资源有限、有毒，其发展受到限制，而且钴酸埋存在安全隐患，所以人们正努力寻找钴酸埋的替代品。

锰酸锂（LiMn₂O₄）作为正极材料具有良好的前景，其具有三维隧道结构，具有较好的嵌入脱出性能且资源丰富、价格低廉、结构稳定、制备容易、对环境污染小和充电安全等优点，将是未来高容量锂离子电池正极的主要候选材料之一。

制备LiMn₂O₄的方法从固态到液态、从低温到高温不一而足。从宏观上看，不同条件下制备出的LiMn₂O₄化合物具有不同的电化学性能，究其本质源于尖晶石型LiMn₂O₄在充放电过程中结构的变化，换言之，结构的如何变化决定了电化学性能的差异。LiMn₂O₄由于易在锻烧过程中失去氧而转变成电化学性能差的缺氧化合物，因此不容易制备高容量的LiMn₂O₄。目前制备方法主要有高温固相法、融盐浸渍法、Pechini法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、乳化干燥法和软化学法等。

但以上方法均存在合成时间长、工艺复杂、热能利用率低等缺陷，得到的LiMn₂O₄颗粒不均匀，而且易出现杂质相。

专利号为200610086000.3的专利公开了一种锂离子电池正极材料用尖晶石型LiMn₂O₄的制备方法，包括：将电解二氧化锰按比例加入到一定浓度的醋酸锂与醋酸铝的水溶液中，混合均匀；经球磨、干燥、自然冷却，再加入醇水溶液，调成浆状，干燥后制得前驱体；将前驱体在200～800℃煅烧2～24h。该方法制得的锂离子电池正极材料具有某些优点，但是该工艺采用传统的球磨、干燥、煅烧等方法，工艺过程复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中锂离子电池正极材料LiMn₂O₄成本高、性能差的缺点，提供一种工艺简化、成本低、能耗低的锂离子电池正极材料LiMn₂O₄的制备方法，该方法适用于工业化生产，且制得的正极材料充放电容量高、循环性能好。

本发明的技术方案：

一种锂离子电池LiMn₂O₄正极材料的制备方法，包括以下步骤，

（1）将锂源化合物、锰源化合物按Li：Mn为 1：1.7～2.0的摩尔比分别计量，然后混合均匀，得到混合物；

（2）向所述混合物中加入制备的LiMn₂O₄重量20～80%的纯净水，搅拌均匀，得到膏状前驱体；

（3）将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出LiMn₂O₄。

一种锂离子电池碳包覆LiMn₂O₄正极材料的制备方法，包括以下步骤，

（1）将锂源化合物、锰源化合物按Li：Mn 为1：1.7～2.0的摩尔比分别计量，将锂源化合物、锰源化合物混合均匀，得到混合物；

（2）分别计量制备的碳包覆LiMn₂O₄重量的4～20%的碳源化合物和LiMn₂O₄重量的20～80%的纯净水，将二者混合，搅拌均匀，得到含碳源化合物的水溶液；

（3）将所述水溶液和步骤（1）的混合物混合，搅拌均匀，得到膏状前驱体；

（4）将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出碳包覆LiMn₂O₄正极材料。