[发明专利]一种改性尖晶石锰酸锂材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种改性尖晶石锰酸锂材料、制备方法及其应用。

背景技术

在过去的几年中，由于尖晶石相LiMn₂O₄无毒、价格低廉、原料来源丰富等优点受到诸多学者的广泛研究。可惜的是，相对于氧化钴锂和氧化镍锂来说，尖晶石相LiMn₂O₄存在以下三方面缺点：实际比容量较低、较低的离子电导率和电子电导率、容量衰减快。

通常LiMn₂O₄采用固相反应法制备，此法制备的产物存在以下缺点：物相不均匀，晶界尺寸较大，煅烧时间长，晶粒分布范围宽等，这是由于锂盐和锰盐未充分接触导致了产物局部结构不均匀。

为了克服固相反应的缺点，可以采用溶胶-凝胶法、冷冻干燥旋转蒸发法、沉降法、掺杂等方法进行改性。这些方法的优点是基本上实现了原子水平的反应，但是却存在一些难以克服的缺点。例如：存在着杂质相，设备要求高，操作难度大，产量低等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种改性尖晶石锰酸锂材料，掺杂Co元素，减小材料比表面积，增加尖晶石LiCo_xMn_2-xO₄稳定性和导电性。

本发明还提供了一种改性尖晶石锰酸锂材料的制备方法，采用气溶胶喷雾热解法，将需要掺杂的金属元素通过锰盐和锂盐按照一定比例配置成溶液，实现原子水平的反应，很好的解决了固相反应存在的缺点，而且产量高、反应过程可控。

本发明还提供了一种改性尖晶石锰酸锂材料作为锂离子电池正极材料的应用。

本发明提供的一种改性尖晶石锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将锰源、锂源和钴源溶解于水中，混合得混合溶液，经超声雾化得气溶胶；

2)气溶胶经过干燥、高温分解，得前驱体粉末；

3)前驱体粉末烘干后煅烧，即得改性尖晶石锰酸锂材料LiCo_xMn_2-xO₄。

步骤1)中锂源、钴源和锰源的摩尔比为1:0.04-0.2：1.8-1.96。

步骤1)中所述锰源选自可溶性锰源，优选的为Mn(NO₃)₂；所述锂源选自可溶性锂源，优选的为LiNO₃，所述钴源选自可溶性钴源，优选的Co(NO₃)₂·6H₂O。

进一步的，步骤1)中锂源在混合溶液中的浓度为0.1-1mol/L；

步骤1)中混合溶液采用超声雾化器雾化得到气溶胶，优选的是医用超声雾化器。

超声雾化器的操作方法如下：

A、水槽内加冷蒸馏水100ml，液面高度约3cm要浸没雾化罐底的透声膜；

B、雾化罐内放入制备的溶液50～100ml，把雾化罐放入水槽内，将水槽盖盖紧；

C、接通电源，先开电源开关，红色指示灯亮，预热3分钟，再开雾化开关，白色批示灯亮，此时溶液成雾状喷出。

D、根据需要调节雾量，每分钟为2ml。

进一步的，步骤D中开关自左向右旋调节雾量，分3档，大档雾量每分钟为3ml，中档每分钟为2ml，小档每分钟为1ml。

具体的，步骤1)为：称取Mn(NO₃)₂水溶液和LiNO₃溶于去离子水中，搅拌溶解后，加入Co(NO₃)₂·6H₂O，随后将混合溶液转移至医用超声雾化器内进行雾化形成气溶胶。

步骤2)中所述高温分解是指在480℃分解1-3s；

步骤3)中所述煅烧是指在800℃的炉温下煅烧4-12h。

步骤3)所述LiCo_xMn_2-xO₄，其中x＝0.04-0.2。

本发明提供的一种改性尖晶石锰酸锂材料采用上述方法制备得到。

本发明还提供了一种改性尖晶石锰酸锂材料作为锂离子电池正极材料的应用。