[发明专利]一种球形中空多孔锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种球形中空多孔锰酸锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池制备技术领域。该方法具体步骤包括：按1∶2∶0.5～20的摩尔比称取锂盐、锰盐、葡萄糖并配置成水溶液，充分搅拌后转移至50ml高压水热反应釜中进行保温反应，自然冷却至室温，再经洗涤、抽滤、干燥后，可得到LiMn₂O₄@C的球形壳核结构，再低温煅烧，即得到本发明的球形中空多孔锰酸锂正极材料。本发明采用葡萄糖辅助一步水热法，自组装制备球形中空多孔形貌的锰酸锂正极材料，具有制备工艺简单，操作简单，成本低廉等优点。该正极材料尺寸均匀，形貌可控，分散性好，作为锂离子电池正极材料使用时具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种球形中空多孔锰酸锂锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

尖晶石结构的锰酸锂被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。传统的固相烧结合成锰酸锂需要较高的温度和较长的反应时间，能耗大，产物粒径不易控制。为了发展具有快速动力学的正极材料，纳米结构锰酸锂的制备受到了广泛关注，如纳米颗粒，纳米线/纳米棒等。尤其纳米多孔电极增加了电解液与正极材料的有效接触面积，缩短锂离子的扩散距离，缓冲循环过程中锂离子反复脱嵌引起的体积收缩和膨胀。

水热合成法可使水溶液中离子混合均匀，产物纯度高，粒度和形貌易控制，是获得纳米颗粒常用的制备方法。水热法合成LiMn₂O₄与所用的原料和添加剂密切相关。如：使用二氧化锰作为Mn源时，由于其反应活性差，合成LiMn₂O₄所需要的水热反应时间较长，长达2-24天；若以高锰酸钾和氢氧化锂为原料，同时加入一定量的丙酮，乙醇等有机溶剂，可缩短合成LiMn₂O₄所需的水热时间。但这些纳米颗粒极易团聚，对正极材料的循环和倍率性能不利。

中国发明专利(授权公告号：CN102931393B)提供了一种多孔球形结构的LiMn₂O₄的制备方法。具体的：将NH₄HCO₃和MnSO₄在乙醇溶剂中沉淀出球形碳酸锰，经离心、过滤洗涤后煅烧得到多孔球形Mn₂O₃前驱体，该前驱体与LiOH再次经过高温煅烧得到多孔球形LiMn₂O₄。

中国发明专利(授权公告号CN104409719B)提供了一种多孔球状LiMn₂O₄的正极材料制备方法。具体的：在锰盐的水溶液中加入一定量的双氧水，在搅拌条件下，再加入碳酸钠和氢氧化钠，并对所得到的沉淀进行离心分离、洗涤、烘干，将烘干后的沉淀物与碳酸锂混合均匀后进行煅烧，可得到多孔球状的LiMn₂O₄。

上述制备方法存在过程复杂，形貌可控性不佳，使用腐蚀性试剂等缺陷。因此，寻求一种工艺简单，操作方便，成本低廉，分散性好的球形中空多孔锰酸锂正极材料具有重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种简单有效，基于水热法一步合成获得LiMn₂O₄包覆碳球的壳核结构，进而获得自组装的球形中空多孔LiMn₂O₄正极材料的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的，包括如下步骤：

(1)将可溶性锂盐、可溶性锰盐、葡萄糖，按摩尔比1∶2∶0.5～20混合，制成混合水溶液，充分搅拌使其充分溶解；

(2)将步骤(1)制备的混合水溶液移至高压水热反应釜中，密封，并于140～200℃保温5～24h；