[发明专利]一种LiMn2O4材料的包覆方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池高比能富锂正极材料技术领域，尤其是涉及一种LiMn₂O₄材料的包覆方法。

背景技术

随着社会的信息化发展，笔记本电脑、移动通讯工具等便携式电子产品的日益普及，迫切要求研究人员开发高性能的化学电源，即体积小，质量轻，能量密度高、循环寿命长、安全性能高和无公害的新型绿色电源。而一些传统的化学电源，如铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池等，不能满足这些发展的需要。锂离子电池正是在这种形势下发展起来的一种新型高能电池，并已成为当今电池行业的研究热点。LiMn₂O₄作为较为成熟的锂离子电极正极材料之一，具有工作电压高、可逆容量大、储量丰富、容易制备、生产成本低、适合于大规模工业生产、无毒、绿色环保和安全性能高等优点，被认为是在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。但是由于尖晶石型LiMn₂O₄正极材料在充放电过程中循环性能较差，极大阻碍了其大规模应用的进程，尤其是在动力电池领域的应用。

为了增强LiMn₂O₄正极材料的循环性能和应用范围，使材料达到较为优异的性能，人们通常采用掺杂和对材料的包覆来进行改性，对LiMn₂O₄进行有效包覆已成为锂离子电池领域的研究热点，但是目前公知的对LiMn₂O₄材料表面包覆层分布不均匀、包覆层的致密性差，使得材料的结构稳定性不高，导致包覆后LiMn₂O₄材料的循环性能难以得到有效提高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种材料表面包覆层分布均匀、包覆层的致密性高，材料的结构稳定性好，能够有效提高材料循环性能的一种LiMn₂O₄材料的包覆方法。

本发明采取的技术方案是：

一种LiMn₂O₄材料的包覆方法，其特点是：包括以下制备步骤：

⑴将作为锂源的锂盐和作为铌源的五乙氧基铌Nb（OCH₂CH₃）₅溶解在含有作为螯合剂的有机酸的有机溶剂中，搅拌混合均匀后，然后加入LiMn₂O₄，常温下搅拌8-24h，形成溶胶；搅拌过程中将溶胶加热至60℃-120℃，并继续搅拌，挥发掉溶剂，形成干燥的凝胶前驱体；

⑵将干燥的凝胶前驱体研磨后，以5℃-10℃/min的升温速度升温至400℃-1000℃，放入马弗炉中空气气氛下恒温下煅烧2-24h，自然冷却后，即得到表面包覆有铌酸锂LiNbO₃的LiMn₂O₄作为正极材料。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂或者乙酸锂中的一种。

所述有机酸为柠檬酸、苹果酸、乙烯酸、乳酸或者酒石酸中的一种。

所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种。

所述干燥的凝胶前驱体为LiNbO₃：LiMn₂O₄=0.1%-10%:99.9%-90%。

所述锂盐、五乙氧基铌、有机酸和LiMn₂O₄的总质量：有机溶剂=1g：10-20ml。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过Nb（OCH₂CH₃）₅与锂盐化学反应，得到了LiNbO₃作为包覆LiMn₂O₄的材料，采用溶胶-凝胶法，原子在分子水平上发生混匀，LiMn₂O₄表面形成分布均匀性的包覆层，有效防止了Mn⁺的溶解，在充放电过程中提高了LiMn₂O₄材料的循环性能，进而提高了材料的电化学性能，并且包覆层的致密性高，有效增加了电池正极材料的结构稳定性，扩大了材料的应用范围。

附图说明