[发明专利]锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开的是一种锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法，属于锂离子电池技术领域，具体涉及的是一种采用机械合金化工艺制备锂离子电池正极材料o-LiMnO₂的方法。

背景技术

自进入21世纪以来，人类就面临着石油、天然气、煤炭等自然资源的枯竭，寻求新能源已成为发展经济需优先考虑的问题。随着电子和信息产业的发展，特别是各种便携式电子设备的发展，人们需要高性能的电源作为动力保障。锂离子电池由于其工作电压高、能量密度大、循环性能好、寿命长、无记忆效应和环境友好等优点而备受关注，被称为21世纪的绿色电源，应用也越来越广泛。锂离子电池的电化学性能取决于所用的电极材料和电解液，主要是所选电极材料的质量和价格。而锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，而且是锂离子电池的锂源，其发展制约着锂离子电池整体性能的进一步提高。因此发展高能量锂离子电池的关键技术是正极材料的研发。

   锂锰氧化物作为锂离子电池正极材料，具有原料成本低、对环境无污染、能量密度和理论容量高等优点，是目前商品化的正极材料LiCoO₂最理想的替代品，成为锂离子电池正极材料的研究热点。此外，我国的锰资源非常丰富，在我国发展LiMnO₂正极材料将有着广阔的前景和深远的意义。目前，层状锰酸锂的制备方法通常有离子交换法、高温固相法、水热法、流变相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、乳化法等，采用以上方法制备，步骤繁琐、要求较高的反应条件、锂离子浪费率高、可再现性低，而且不易实现工业化、无法大批量生产。为了解决现有制备层状锰酸锂的方法存在步骤繁琐、要求较高的反应条件、锂离子浪费率高、可再现性低，而且不易实现工业化、无法大批量生产等缺点，开发一种操作简便、成本低廉、过程易于控制、能够重复、可实现工业化、产量和产率都较高的制备层状锰酸锂的方法就具有了重要意义。

发明内容

本发明的目的是：向社会提供这种锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法。该制备方法提供了一种成本低廉、操作简便、反应条件温和无污染、过程易于控制、能够重复、可实现工业化、产量和产率都较高的锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备新方法。

本发明的技术方案是这样的：这种锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法,是采用机械合金化工艺制备锂离子电池正极材料o-LiMnO₂的方法，技术特点在于：所述的该制备方法包括以下步骤：将原料LiOH·H₂O、Mn₂O₃按设定的Li⁺、Mn³⁺摩尔比、球料比混合后球磨3～40h、球磨后经洗涤、干燥、研磨，得到o-LiMnO₂。所述的本发明的制备过程的反应机理为：将LiOH·H₂O、Mn₂O₃粉末按一定配比进行机械混合，在高能球磨机中长时间运转，将回转机械能传递给粉末，同时粉末在球磨介质的反复冲撞下，承受冲击、剪切、磨擦和压缩多种力的作用，经历反复的挤压、冷焊合及粉碎过程，成为弥散分布的超细粒子。同时，随着球磨时间的延长，球磨罐温度升高，也为样品粉末合金化提供了有利条件。在球磨过程中，具有很大动能的磨球把不同粉末压延、焊合，形成在层间有一定原子结合力的多层复合颗粒，这种复合体颗粒又经过反复的破碎与冷焊，利用机械能使一种元素的原子扩散进入另一种基体中而达到合金化的目的，最终形成o-LiMnO₂。

根据以上所述的锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法，技术特点还有：所述的LiOH·H₂O、Mn₂O₃均是化学纯及化学纯以上，所述的LiOH·H₂O、Mn₂O₃按设定的Li⁺、Mn³⁺的摩尔比是摩尔质量比，即Li⁺/Mn³⁺ =1.3:1~2.5:1。上述的正是该制备方法的原料配方比例。 

根据以上所述的锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法，技术特点还有：所述的球料比是球/料质量比=5:1~50:1。上述的正是该制备方法的球、料的选择配方比例。