本发明专利技术公开了锂离子电池负极材料锰酸锂的高温固相制备方法。该方法将锰源和锂源按照锰与锂的物质的量摩尔比1:2混合均匀，球磨6‐24h，得前驱体；将混合均匀的前驱体在空气氛围下200‐400℃加热处理，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；将得到的粉末状材料，再次球磨，放入管式炉中，在空气气氛或者惰性气氛中，500‐1000℃烧结处理，自然冷却后得到锰酸锂负极材料。本发明专利技术还包括加入碳材料再次研磨，在惰性气氛中温度为300～500℃下烧结反应，得到碳包覆的锂离子电池负极材料锰酸锂。本发明专利技术工艺简单，操作容易。通过该方法合成的碳包覆的锰酸锂材料，作为锂离子电池负极材料性能优异，嵌锂电位低（0.1～1V）。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。该方法将锰源和锂源按照锰与锂的物质的量摩尔比1:2混合均匀，球磨6‐24h，得前驱体；将混合均匀的前驱体在空气氛围下200‐400℃加热处理，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；将得到的粉末状材料，再次球磨，放入管式炉中，在空气气氛或者惰性气氛中，500‐1000℃烧结处理，自然冷却后得到锰酸锂负极材料。本专利技术还包括加入碳材料再次研磨，在惰性气氛中温度为300～500℃下烧结反应，得到碳包覆的锂离子电池负极材料锰酸锂。本专利技术工艺简单，操作容易。通过该方法合成的碳包覆的锰酸锂材料，作为锂离子电池负极材料性能优异，嵌锂电位低（0.1～1V）。【专利说明】
本专利技术涉及一种。用该方法合成的锰酸锂负极材料电化学性能优异，嵌锂电位低(0.1?IV)，有希望成为下一代锂离子电池负极材料。
技术介绍
锂离子二次电池由于工作电压高、能量密度高、质量轻、体积小、内阻小、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、对环境友好等特点，广泛应用于通信电源，电动汽车，风能、太阳能、智能电网等兆瓦级储能电站等领域，展示了广阔的应用前景和巨大的经济效益，并且随着锂电池汽车逐步走向市场，世界锂资源的使用和消耗将大幅增长，由此衍生的产业链发展潜力巨大、前景广阔。日益加剧的石油紧缺已经不可避免。通过发展有效的电动汽车(EVs)来减少石油的消耗将变得至关重要，EV需要能够在合理的花费和有一定行驶速度的基础上行驶一定的距离，因此它需要具有高能量密度的能量存储设备；其它一些考虑的重要的性能指标是高能量密度和安全特性。综合考虑现今可行的电池工艺，只有锂离子电池满足电动汽车动力和能量密度的应用要求。锂电池最早由Harris博士于1958年在其毕业论文中提出，1970年代Matsuchita公司首次开发出了以Li为负极，以(CFx)n为正极的Li/(CFx)n体系锂一次电池并将其用在鱼艇、电子手表、数码相机上，从此锂一次电池正式进入了大规模应用的新纪元。1980年Armand提出“摇摆电池”的构想，采用低插锂电位的层间化合物代替金属锂作为负极，以高插锂点位的嵌锂化合物作为正极，组成没有锂金属的二次电池。1989年，Sony公司申请了以石油焦为负极、LiCoO2为正极、LiPF6溶于PC+EC混合溶剂作为电解液的二次电池体系的专利，并且一年后将其推向商业市场，从根本上解决金属锂负极枝晶穿透问题，使其安全性和循环性都得到了保障，并保持了锂电池电压高、容量大、重量轻等优点。随着SONY公司在1991推出商品化的锂离子电池，对锂离子电池相关材料的研究进行地如火如荼。由于对各种产品功能需求的多样化，因此对电池的要求也日益提升。尤其是节能、低排放的电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)引起极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点，对锂离子电池的输出功率、能量密度、安全性和电压等提出了更高的要求，推动了锂离子电池材料的研究。研究者们广泛注重提高锂离子电池的性能，偏重于循环性，比容量的研究；主要研究的是其电化学性能和材料的合成。锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能，负极材料在电池内部材料中占重要地位,通过对负极材料的开发和改性研究来提闻电池的性能。近年来对锂离子电池负极材料的研究非常广泛。其中，尖晶石结构的钛酸锂在锂离子脱出和嵌入的过程中晶型不发生变化，一般不会生成固体电解质界面膜(SEI膜)，利于大电流放电，可提高电池循环寿命和安全性能。被认为是除了石墨以外性能最优异的化合物。但是其较高的嵌锂电位且有限的理论容量限制了它的进一步发展，需要寻找新一代的负极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种工艺简单，原料来源丰富，适合于工业化生产，电导率和电化学性能优良的。本专利技术合成的锰酸锂虽然在富锂材料已经被广泛研究，但是该材料目前没有文献报告其作为锂离子电池负极材料。本
技术实现思路
表明，通过该方法合成的材料，特别是在惰性气氛下的高温固相法合成的碳包覆锰酸锂材料，作为锂离子电池负极材料性能优异，嵌锂电位低(0.1?IV)，较高的理论比容量和实际比容量，优良的循环性能，有希望成为下一代锂离子电池负极材料。为了进一步提高其电化学性能，对其进行碳包覆，在锰酸锂负极材料表面形成无定形碳。这些无定形碳可以有效的阻止纯相材料颗粒的团聚，增加电极材料的电子导电率，亦可减低电极极化。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的:，包括如下步骤:(I)混合前躯体:将锰源和锂源按照锰与锂的物质的量摩尔比1:2混合均匀，球磨6 - 24h，得前驱体；所述锰源为二氧化锰或锰盐；所述锂源为锂盐或锂的碱性化合物；(2)预处理:将步骤(I)混合均匀的前驱体在空气氛围下200 - 400°C加热处理2 - 12h，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；(3)烧结反应:将步骤(2)得到的粉末状材料，再次球磨6-24h，放入管式炉中，在空气气氛或者惰性气氛中，500 -1000°C烧结处理2 -12h，自然冷却后得到锰酸锂负极材料。为进一步实现本专利技术目的，优选地，在步骤3)烧结反应后，将含碳材料加入烧结后所得到的材料中并研磨均匀，在惰性气氛中300-500°C保温处理4-6小时，得到碳包覆的锂离子电池的锰酸锂负极材料；所述含碳材料为碳水化合物、乙炔黑或石墨；碳包覆材料的加入量为锰酸锂负极材料总质量的I?20%。所述的碳水化合物为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、纤维素或淀粉。所述的锂盐为碳酸锂、醋酸锂或硝酸锂；所述锂的碱性化合物为氢氧化锂。所述锰盐为二氧化锰、醋酸锰、氯化锰或硫酸锰。步骤(3)中所述的惰性气氛为Ar、N2、CO2或He气体氛围。相对于现有技术，本专利技术的锂离子电池负极材料锰酸锂(Li2MnO3)具有以下几个显著特点:(I)本专利技术采用高温固相法在空气气氛下合成出了纯相单斜晶系的锰酸锂(Li2MnO3)负极材料，工艺简单易行、原料来源丰富，产物首次和第二放容量可达分别达1005.2mAh/g和 312.8mAh/g ；(2)采用惰性气氛下碳包覆的方法制备出了碳包覆的锰酸锂(Li2MnO3)负极材料，该方法利用经济廉价的碳对锰酸锂进行表面包覆，提高了电导率，提高比容量。(3)本专利技术合成的碳包覆锰酸锂负极材料结晶好，晶粒尺寸较小，实际容量高。产物首次和第二放容量可达分别达1274.9mAh/g和490.9mAh/g可以从以下实施中体现。【专利附图】【附图说明】图1 (a)和图1 (b)是本专利技术实施例1和实施例2的X射线衍射图谱；图2是本专利技术实施例2在850°C下烧结10小时的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1在0.1 - 2.5V的首次和第二次充放电曲线，其中a，b曲线为第一次循环曲线，c，d为第二次循环曲线；图4是本专利技术实施例1在0.1 -2.5V电压范围内，电流密度60mA/g下的循环性能曲线；图5是本专利技术实施例2在0.1 - 2.5V的首次和第二次充放电曲线，其中a，b曲线为第一次循环曲线，c，d为第二次循环曲线；图6是本专利技术实施例2在0.1 -2.5V电压范围内，电流密度60mA/g下的循环性能曲线；图7 (a)和图7 (b)是本专利技术实施例3和实施例4的X射线衍射图谱；图8是本专利技术实施例3在780°C下烧结6小时的扫描电镜图；图9是本专利技术实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
锂离子电池负极材料锰酸锂的高温固相制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）混合前躯体：将锰源和锂源按照锰与锂的物质的量摩尔比1:2混合均匀，球磨6‐24h，得前驱体；所述锰源为二氧化锰或锰盐；所述锂源为锂盐或锂的碱性化合物；（2）预处理：将步骤（1）混合均匀的前驱体在空气氛围下200‐400℃加热处理2‐12h，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；（3）烧结反应：将步骤（2）得到的粉末状材料，再次球磨6‐24h，放入管式炉中，在空气气氛或者惰性气氛中，500‐1000℃烧结处理2‐12h，自然冷却后得到锰酸锂负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦明，耿小凤，董有忠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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