專利名稱：尖晶石LiMn₂O₄鋰離子電池正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尖晶石LiMn2O4正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為鋰離子電池的正極材料，尖晶石型LiMn2O4備受注目。錳資源豐富，價格低廉， 環(huán)境友好；LiMn2O4具有高電位，優(yōu)良的安全性能，被認為是最具潛力的替代商業(yè)化LiCoA 的鋰離子電池正極材料之一。目前合成LiMn2O4正極材料的方法主要有固相法和液相法。 固相法，如專利CN1169M7C合成工藝簡單，成本低。但固相法合成的材料均勻性差，且常含有雜質(zhì)。液相法包括沉淀法、溶膠-凝膠法等，如專利CN1142606C合成材料組成均一，粒徑均勻。但傳統(tǒng)的沉淀法和溶膠凝膠法常常需要外加沉淀劑或螯合劑，過程復(fù)雜，成本較高。 同時，作為鋰離子電池正極材料，LiMn2O4主要存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和循環(huán)性能差等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對LiMn2O4主要存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和循環(huán)性能差的問題，依據(jù)檸檬酸鋰兼具提供鋰源和螯合劑的雙重作用的技術(shù)原理，提出一種無需外加螯合劑，制備粒徑均勻、 電化學性能良好的尖晶石LiMn2O4鋰離子電池正極材料的方法。主要內(nèi)容包括(1)檸檬酸鋰和乙酸錳按照摩爾比1 6溶于去離子水中，得到溶膠體系；(2)將步驟(1)制得的溶膠體系烘干，再將烘干后的凝膠進行研磨，制得LiMn2O4前驅(qū)體粉末；(3)將步驟(2)制得的LiMn2O4前驅(qū)體粉末置于空氣氣氛的高溫爐中，在600 900°C下燒結(jié)8 15h，隨后以1 5°C /min的降溫速率冷卻至室溫，即得到尖晶石LiMn2O4 鋰離子電池正極材料。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(1)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、易于產(chǎn)業(yè)化；(2)制備的LiMn2O4材料均勻性好、比容量高、循環(huán)性能佳。


圖1為按實施例2工藝制得的尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料的XRD圖。圖2為按實施例2工藝制得的尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料的SEM圖。圖3為按實施例2工藝制得的尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料在0. IC 下的首次充放電曲線圖，電壓范圍為3. 0 4. 3V，電解液為1. Omol/L的LiPF6(EC/DMC = 1 1，體積比)。圖4為按實施例2工藝制得的尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料在0. 5C下的30次循環(huán)曲線圖。
具體實施例方式下列實例將進一步說明本發(fā)明。實施例1按照摩爾比為1 6 稱取 4. 70g Li3C6H5O3 ·4Η20、24. 51g Mn(CH3COO)2 · 4H20，將二者溶于去離子水形成均勻的溶膠體系，再將溶膠進行微波干燥得干凝膠，然后將干凝膠進行研磨，即得前驅(qū)體粉末。在空氣氣氛中，對前驅(qū)體粉末進行燒結(jié)，熱處理溫度為900°C，并保溫10h，隨后以5°C /min的速率降至室溫即制得尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負極裝配成實驗電池，在3. 0 4. 3V區(qū)間進行充放電測試，測得其在0. IC下，首次放電比容量為96. 9mAh/g ；0. 5C下，30次循環(huán)后放電比容量的衰減為初始比容量的9%。實施例2按照摩爾比為1 6 稱取 4. 70g Li3C6H5O3 ·4Η20、24. 51g Mn(CH3COO)2 · 4H20，將二者溶于去離子水形成均勻的溶膠體系，再將溶膠進行微波干燥得干凝膠，然后將干凝膠進行研磨，即得前驅(qū)體粉末。在空氣氣氛中，對前驅(qū)體粉末進行燒結(jié)，熱處理溫度為800°C，并保溫10h，隨后以2°C /min的速率降至室溫即制得尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料。對所得到的材料進行粒度分布測試，結(jié)果表明其粒徑分布均勻，D5tl為1.1 μ m。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負極裝配成實驗電池，在3. 0 4. 3V區(qū)間進行充放電測試，測得其在0. IC下，首次放電比容量為137. 8mAh/g ；0. 5C下，30次循環(huán)后放電比容量的衰減為初始比容量的5%。實施例3按照摩爾比為1 6 稱取 4. 70g Li3C6H5O3 · 4Η20、24· 51g Mn (CH3COO) 2 · 4H20，將二者溶于去離子水形成均勻的溶膠體系，再將溶膠進行微波干燥得干凝膠，然后將干凝膠進行研磨，即得前驅(qū)體粉末。在空氣氣氛中，對前驅(qū)體粉末進行燒結(jié)，熱處理溫度為700°C，并保溫12h，隨后以2°C /min的速率降至室溫即制得尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料。對所得到的材料進行XRD測試，結(jié)果表明其具有均勻的尖晶石結(jié)構(gòu)，化學組成單一。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負極裝配成實驗電池，在3. 0 4. 3V區(qū)間進行充放電測試，測得其在0. IC下，首次放電比容量為119. 3mAh/g ；0. 5C下，30次循環(huán)后放電比容量的衰減為初始比容量的6%。實施例4按照摩爾比為1 6 稱取一定量的 Li3C6H5O3 · 4H20、Mn (CH3COO) 2 · 4H20，將二者溶于去離子水形成均勻的溶膠體系，再將溶膠進行微波干燥得干凝膠，然后將干凝膠進行研磨，即得前驅(qū)體粉末。在空氣氣氛中，對前驅(qū)體粉末進行燒結(jié)，熱處理溫度為600°C，并保溫 12h，隨后以1°C /min的速率降至室溫即制得尖晶石LiMn2O4鋰離子二次電池正極材料。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負極裝配成實驗電池，在3. 0 4. 3V區(qū)間進行充放電測試，測得其在0. IC下，首次放電比容量為101. 4mAh/g ；0. 5C下，30次循環(huán)后放電比容量的衰減為初始比容量的6%。
權(quán)利要求
1.尖晶石LiMn2O4鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟(1)將檸檬酸鋰和乙酸錳按照摩爾比1 6溶于水中，得到溶膠體系；(2)將步驟(1)制得的溶膠體系進行干燥獲得干凝膠，再將干凝膠進行研磨，制得 LiMn2O4前驅(qū)體粉末；(3)將步驟(2)制得的LiMn2O4前驅(qū)體粉末置于空氣氣氛的高溫爐中，在600 900°C 下燒結(jié)8 15h，隨后以1 5°C /min的降溫速率冷卻至室溫，即得到尖晶石LiMn2O4鋰離子電池正極材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尖晶石LiMn2O4鋰離子電池正極材料的制備方法。本發(fā)明采用無需外加螯合劑的溶膠-凝膠合成方法，先將檸檬酸鋰、乙酸錳，溶于去離子水得均勻的溶膠體系，再經(jīng)干燥、研磨、燒結(jié)等操作，即制得尖晶石LiMn2O4正極材料。本發(fā)明制備方法工藝簡單，制備的材料粒徑分布均勻、首次放電比容量高，可超過135mAh/g、電化學性能穩(wěn)定。
文檔編號H01M4/505GK102299314SQ201110196550
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者徐云龍, 趙崇軍, 錢秀珍, 陳君茹 申請人:上海微納科技有限公司