锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102306767A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102306767A(43)申请公布日2012.01.04(21)申请号201110250630.0(22)申请日2011.08.29(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市武昌珞狮路122号(72)发明人邓伯华汪勇吴庆余屈德宇肖亮(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人崔友明(51)Int.Cl.H01M4/505(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法(57)摘要本发明涉及一种锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，包括有如下步骤：1)原料选择：选取锰氧化物、锂源材料和掺杂金属元素氧化物进行混合；2)将步骤1)所得的混合物混合均匀后送入连续烧结炉中进行高温梯度烧结处理，梯度烧结详细步骤如下：第一步烧结，在1000～1200℃下烧结3～5小时；第二步烧结，在800～900℃下烧结4～6小时；第三步烧结，是在500～700℃下烧结5～8小时，同时通入压缩空气。烧结结束后自然冷却，经过粉碎和分级处理即可。本发明具有以下优点：工艺简单，通过超高温烧结处理控制锰酸锂的结晶度和表面状态以降低锰溶解，此后通过低温烧结处理控制或者消除氧缺陷。CN102367ACCNN110230676702306774A权利要求书1/1页1.锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，包括有如下步骤：1)原料选择：选取锰氧化物、锂源材料和掺杂金属元素氧化物进行混合，所述的混合物中Li/(Mn+Me)的摩尔比为1.0～1.1∶2，Me/(Mn+Me)的摩尔比为0.05～0.15∶1，其中Me代表掺杂金属元素；2)将步骤1)所得的混合物混合均匀后送入连续烧结炉中进行高温梯度烧结处理，梯度烧结详细步骤如下：第一步烧结，在1000～1200℃下烧结3～5小时；第二步烧结，在800～900℃下烧结4～6小时；第三步烧结，是在500～700℃下烧结5～8小时，同时通入压缩空气。烧结结束后自然冷却，经过粉碎和分级处理即可得到尖晶石锰酸锂材料。2.按权利要求1所述的锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的尖晶石锰酸锂材料的分子式为LiMn2-xMexO4-z，其中x＝0.1～0.25，z代表氧缺陷的化学计量，z＜0.005。3.按权利要求1或2所述的锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的锰氧化物为电解MnO2、化学MnO2、Mn3O4或者MnOOH中的任意一种。4.按权利要求1或2所述的锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的锂源材料是LiOH、Li2CO3或LiNO3中的任意一种。5.按权利要求1或2所述的锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的掺杂金属元素是Li、Al、Cr、Co、Mg、Ca、Ni、Zn中的任意一种或者多种的混合。6.按权利要求1所述的锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的锰酸锂材料颗粒平均尺寸在3～8微米，比表面积为0.3～0.6m2/g。2CCNN110230676702306774A说明书1/4页锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种锂离子动力电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法，该方法制备的锰酸锂材料具有结晶度高、锰溶解低和氧缺陷小等特征，适用于锂离子动力电池正极材料。背景技术[0002]锂离子电池目前广泛应用在手机、笔记本电脑和照摄像机等电子产品中。其主要优点是单电池电压高(3.6V)、循环寿命长、能量密度高和无记忆效应等。近年来，锂离子电池在电动工具、电动自行车和电动汽车中的应用也在拓展之中。目前阻碍锂离子电池在电动汽车以及大型储能电池系统中应用的主要原因是电池的价格，影响电池价格的主要因素之一是锂离子电池正极材料。目前在手机和笔记本电脑锂离子电池中大量使用的是LiCoO2材料，价格相对较贵。可以用于替代LiCoO2的正极材料有LiNiO2、锰酸锂和磷酸亚铁锂等，其中锰酸锂具有锰自然资源丰富和价格低廉等优势。但是，用作锂离子电池正极材料的锰酸锂存在高温循环容量衰减问题，这主要是由于锰酸锂材料晶体结构循环稳定性差、锰溶解和氧缺陷等因素所致。[0003]为了解决锰酸锂的高温循环容量衰减问题，必须提高锰酸锂晶体结构循环稳定性，降低锰溶解和消除或者控制氧缺陷。对锰酸锂进行掺杂处理如掺杂Mg、Al或者Cr等非锰金属元素，有利于提高锰酸锂的晶体结构循环稳定性。锰溶解问题不仅会影响锰酸锂的循环稳定性，而且电解液中的锰离子还会沉积在碳负极表面导致负极容量衰减，因此必须大大降低锰溶解量。改