[发明专利]一种锰酸锂正极材料的快速制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材料的快速制备方法及应用。本发明快速合成LiMn₂O₄正极材料，通过快速加热使LiMn₂O₄前驱体转变为LiMn₂O₄颗粒。本发明与传统方法合成的正极材料具有相同的尖晶石，有利于锂离子的脱出和嵌入，同时锰离子的价态与传统方法合成的一致。本发明的LiMn₂O₄正极材料具有与传统方法合成的LiMn₂O₄正极材料相差无几的性能，没有任何改性的LiMn₂O₄正极材料首次库伦效率为85％，首次放电比容量有120mAh/g，同时具有比较良好的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材料的快速制备方法及应用。

背景技术

目前，锂离子电池已经广泛用于手机、电脑等各种电子设备中，其中锂离子电池正极材料在电池中占到很大比重，但是常用的例如锰酸锂等原料及生产成本高，随着人们对锂离子电池需求的不断提高，对正极材料的制备工艺及生产成本也提出了更高的要求。减少正极材料的制备周期是降低锂电池的生产成本的最主要途径之一。然而目前无论实验室还是工业正极材料制备周期一般在十几个小时以上，这使得锂电池正极材料的制备不仅周期长同时在生产时消耗很多的电力及时间，这极大的提高了锂电池的生产成本。

进一步地，工业方法合成的锰酸锂正极材料粒径大，会导致锰酸锂材料的比表面积小，倍率性能差。

发明内容

本发明克服了现有LiMn₂O₄正极材料制备技术中生产周期长的不足，本发明提供了一种锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材料的快速制备方法。

本发明制备得到的LiMn₂O₄正极材料具有与传统方法合成的LiMn₂O₄正极材料具有相差无几的性能(可以得到晶型良好的锰酸锂晶体，有利于锂离子的脱出和嵌入)，比如电池比容量等，但是制备的时间仅需要几十秒。

本发明还克服了传统工业技术制备得到的锰酸锂正极材料颗粒大的不足，本发明制备得到的锰酸锂正极材料颗粒在几十纳米到几百纳米之间，相比于现有工业方法制备得到的锰酸锂正极材料缩小了5-8倍，有望在倍率型电池中得到广泛应用。

本发明快速合成的LiMn₂O₄正极材料为颗粒状，具有与传统方法合成的LiMn₂O₄正极材料具有相同的尖晶石结构，有利于锂离子的脱出和嵌入，同时锰离子的价态与传统方法合成的一致。超快合成的没有任何改性的LiMn₂O₄正极材料与传统方法合成的LiMn₂O₄正极材料具有相差无几的性能，在常规电解液中，首次库伦效率为85％，首次放电比容量有120mAh/g，同时具有比较良好的倍率性能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种快速合成锰酸锂正极材料的方法，该方法为：将锰酸锂前驱体置于两端接入到直流电源的碳布上；通电煅烧两次，先进行第一次煅烧，之后将一次煅烧产物研磨后进行第二次煅烧，即得到锰酸锂正极材料；第一次煅烧通电电流为8-12A，持续时间为5-15s；第二次煅烧通电电流为11-17A，持续时间为10-40s。