[发明专利]尖晶石锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池正极材料领域，具体涉及一种尖晶石锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

正极材料是组成锂离子电池的关键部分，很大程度地影响着锂离子电池的性能，决定着锂离子电池的用途。例如，LiCoO₂各项性能优异，组成的锂离子电池性能良好，在小型便携设备中得到了广泛的应用；但由于钴资源有限，价格昂贵，其在动力锂离子电池的应用方面受到明显的限制。尖晶石锰酸锂具有锰资源丰富、价格低廉、合成工艺简单、耐过充性能良好的优势，是替代LiCoO₂的理想正极材料，能够在动力锂离子电池上大规模地使用。

虽然尖晶石锰酸锂具有上述的优势，但是由于Jahn-Teller效应产生结构畸变导致了其循环性能不好，一定程度上限制了其应用。目前多采用掺杂异种金属离子的方法来制备抑制Jahn-Teller效应，提高其循环稳定性。如中国专利CN102730764A、CN103219509A和CN102916175A均提到了制备掺杂尖晶石锰酸锂的方法。CN103219509A和CN102916175A采用锰氧化物和锂盐高温固相反应法制备，锰酸锂的形貌受到锰氧化物的影响，所以要优选锰氧化物，如：CN103219509A采用Mn2O3和MnO2混合的方法，CN102916175A采用球磨电解MnO2的方法来提高其形貌规整性。CN102730764A提出了将醋酸锰、硝酸锂、掺杂金属离子溶于柠檬酸溶液，多种离子间实现了原子层次的混合，然后加入浓氨水，加热蒸发得到干凝胶，再经过两次灼烧、研磨后得到改性纳米尖晶石锰酸锂，但工艺较为复杂。

发明内容

本发明的针对上述方法的不足，提出一种简单、快速合成亚微米纯相锰酸锂正极材料的方法，该方法制备的锰酸锂正极材料具有高比容量、高倍率、长寿命的特性。

本发明的技术方案：一种尖晶石锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）配置含有硝酸根（NO₃^-）、醋酸根（CH3COO^-）、Mn²⁺和Li⁺的水溶液，使硝酸根与醋酸根的摩尔比为0.5~1.5:1；

（2）将步骤（1）的溶液干燥后得到固体物质，并将其在空气中加热到500℃，具有氧化性的硝酸根和具有还原性的醋酸根之间自蔓延燃烧反应生成纳米锰酸锂前驱体，研磨所得锰酸锂前驱体，

（3）将步骤（2）得到的锰酸锂前驱体在空气气氛中，600~750℃高温固相反应，保温5~8小时，然后冷却到室温，即得亚微米的尖晶石锰酸锂。

进一步地，步骤（1）中硝酸根与醋酸根的摩尔比为1~1.5:1。

进一步地，在高温固相反应后期可以适量通入空气，以增加锰酸锂中Mn⁴⁺的含量。

进一步地，在反应结束前0.5 h，以10~100mL/min速度通入空气。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明制备亚微米锰酸锂的技术方案中，采用自蔓延燃烧法，关键是控制硝酸根和醋酸根的比例，利用具有氧化性的硝酸根和具有还原性的醋酸根在500℃发生剧烈的氧化还原反应，得到纳米锰酸锂前驱体；该前驱体经过进一步的高温处理，得到目标产物亚微米锰酸锂。

2、本发明的方法简单、快速，该方法制备的锰酸锂正极材料具有高比容量、高倍率、长寿命的特性。

附图说明

图1为实施实例1所制备的亚微米锰酸锂的SEM图片。

图2为实施实例1所制备的亚微米锰酸锂的粉末晶体衍射XRD图片。

图3为实施实例1所制备的亚微米锰酸锂在0.2 C充放电条件下的典型充放电曲线。

图4为实施实例1所制备的亚微米锰酸锂在1 C下100次循环性能曲线。

具体实施方式

实施实例1