專利名稱：鋰離子電池正極材料尖晶石型鋰錳氧化物的制備方法
技術(shù)領域：
一種鋰離子電池正極材料尖晶石型鋰錳氧化物的制備方法屬于鋰離子電池材料技術(shù)領域。
鋰離子電池的負極一般采用改性石墨等碳材料。鋰離子電池正極材料主要是鋰與過渡金屬氧化物形成的嵌入化合物，如具有層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2和LiNiO2和具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4。其中，LiCoO2的合成與制備技術(shù)已趨于成熟，并已實現(xiàn)工業(yè)化，但存在價格昂貴、污染大等不足；以鎳代替鈷制備的鋰鎳氧化物可使原材料的成本顯著降低，比容量也較高，但其制備過程中條件控制非?？量蹋瑫r對其安全性也有異議。因此，在鋰離子電池的普及應用過程中，制備性能優(yōu)越而且價格便宜的正極材料是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。
作為鋰離子電池正極候選材料之一的尖晶石型鋰錳氧化物，由于其價格(約為已商品化的Co系正極材料的1/20)和環(huán)保(毒性小、易回收)上的優(yōu)勢，近年來發(fā)展較快。
尖晶石型鋰錳氧化物目前常用的制備方法大致可分為高溫固相法和被稱為“軟化學”的低溫法。后者包括溶膠-凝膠法、Pechini法、和水熱法等。高溫固相法往往需要采用高溫(＞600℃)來促使反應物種在固體顆粒中長距離的擴散得以進行。一方面，反應物種長距離的擴散可能造成產(chǎn)物組分的非均勻性，不正常的晶粒生長和對組分的控制性差；另一方面，反應溫度升高容易產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象阻礙反應進行，或者引起反應物分解失控的情況，所以采用高溫固相法得到的鋰錳氧化物往往含有雜質(zhì)、形貌不規(guī)則、顆粒較大、粒度分布不均勻、導電性和可逆性能差，這使其在鋰離子電池中的應用受到很大限制。相比之下，采用被稱為“軟化學”的低溫法制備出的產(chǎn)品，在產(chǎn)品的形貌、組成和微觀結(jié)構(gòu)方面可以人為控制，并且在提高產(chǎn)物電化學性能方而取得了一定的效果，然而這些低溫“軟化學”方法仍然存在生產(chǎn)工藝復雜、條件苛刻，原料相對價格昂貴、不易獲得、適用面窄，生產(chǎn)成本高等問題。
本發(fā)明所采用的方法，其特征在于將含1-10％(重量)雙氧水和1-5％(重量)氫氧化鋰的水溶液，加入到1-5％(重量)硝酸錳的水溶液中，攪拌0.5-2小時后，在室溫下陳化，得到組分混合均勻的反應前驅(qū)物；將所制前驅(qū)物在400-900℃下焙燒3天，即得所需產(chǎn)物。該方法不使用較貴的原材料，生產(chǎn)工藝簡單，由于采用液相法首先制備出組分混合均勻的反應前驅(qū)物，不但降低了焙燒溫度和能耗，而且所得產(chǎn)物具有純相的尖晶石結(jié)構(gòu)、均一的化學組成及顆粒度。
采用日本Rigaku D/Max-3C X射線粉末衍射儀(Cu Kα輻射，λ＝1.5406)測定制備出的材料結(jié)構(gòu)。采用上海正方電子有限公司生產(chǎn)的DC-5C電池性能綜合測試儀進行材料的電化學性能測試(恒電流充放電測試)，充放電電流密度為0.25mA/cm2，充放電限制電壓3.0-4.3V。
試驗表明所得產(chǎn)物具有純相的尖晶石結(jié)構(gòu)、均一的化學組成及顆粒度。
具體實施例方式
例1、將含雙氧水3％和氫氧化鋰2.5％的水溶液，在劇烈攪拌下，緩慢加入到硝酸錳3％的水溶液中，攪拌1小時后，置于空氣中，在室溫下陳化一天，過濾，洗滌，得到組分混合均勻的反應前驅(qū)物。所制前驅(qū)物在600℃下焙燒3天，即得產(chǎn)物A。見

圖1、圖2。
例2、將含雙氧水3％和氫氧化鋰2％的水溶液，在劇烈攪拌下，緩慢加入到硝酸錳3％的水溶液中，攪拌1小時后，置于空氣中，在室溫下陳化一天，過濾，洗滌，得到組分混合均勻的反應前驅(qū)物。所制前驅(qū)物在600℃下焙燒3天，即得產(chǎn)物B。見圖1、圖3。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料尖晶石型鋰錳氧化物的制備方法，其特征是將含1-10％(重量)雙氧水和1-5％(重量)氫氧化鋰的水溶液，加入到1-5％(重量)硝酸錳的水溶液中，攪拌0.5-2小時后，在室溫下陳化，得到組分混合均勻的反應前驅(qū)物；將所制前驅(qū)物在400-900℃下焙燒3天，即得所需產(chǎn)物。
全文摘要
一種鋰離子電池正極材料尖晶石型鋰錳氧化物的制備方法屬于鋰離子電池材料技術(shù)領域。本發(fā)明所采用的方法,其特征在于:將含1－10%(重量)雙氧水和1－5%(重量)氫氧化鋰的水溶液,加入到1－5%(重量)硝酸錳的水溶液中,攪拌0.5－2小時后,在室溫下陳化,得到組分混合均勻的反應前驅(qū)物;將所制前驅(qū)物在400－900℃下焙燒3天,即得所需產(chǎn)物。該方法不使用較貴的原材料,生產(chǎn)工藝簡單,由于采用液相法首先制備出組分混合均勻的反應前驅(qū)物,不但降低了焙燒溫度和能耗,而且所得產(chǎn)物具有純相的尖晶石結(jié)構(gòu)、均一的化學組成及顆粒度。由該方法制備出的鋰離子電池材料廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、小型攝錄像機、電動汽車等領域。
文檔編號H01M4/58GK1360354SQ0210076
公開日2002年7月24日 申請日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月25日
發(fā)明者汪浩, 張永才, 王波, 嚴輝 申請人:北京工業(yè)大學