一种以碳球为模板制备多孔LiMn2O4的方法技术

本发明专利技术公开了一种以碳球为模板制备多孔LiMn2O4的方法，属于多孔材料制备技术领域。该方法具体步骤包括：a、采用硝酸锂和硝酸锰或采用醋酸锂和醋酸锰作为原料，按化学计量比配置成水溶液；b、向上述水溶液中加入一定量柠檬酸，并调整水溶液的pH值到7～9，再加入一定量的碳球，充分搅拌；c、在加热条件下搅拌上述制备的悬浊液，直到形成凝胶，接着进行干燥，得到前驱物；d、将前驱物先预烧再煅烧，即可得到多孔结构的LiMn2O4单相材料。本发明专利技术提供了一种工艺简单，操作方便，成本低廉的多孔LiMn2O4的制备方法。

Preparation of porous LiMn with carbon spheres as templates

The invention discloses a porous LiMn prepared with a carbon ball as a template

【技术实现步骤摘要】
一种以碳球为模板制备多孔LiMn2O4的方法
本专利技术属于多孔材料制备
，具体涉及一种多孔LiMn2O4的制备方法。
技术介绍
尖晶石结构的LiMn2O4具有原料丰富，对环境友好，工作电压较高，耐过充和安全性好等优点，是最有潜力替代LiCoO2的Li离子电池正极材料之一。为了满足高功率系统的应用要求，必须发展具有快速动力学的正极材料。纳米多孔LiMn2O4正极材料的研制是近年来研究的热点问题。纳米多孔电极可以缩短Li离子的扩散距离，非常利于电解液渗透到电极材料中，增加有效接触面积，进而利于电荷在电极和电解液间的传输。尤其是相互连通的多孔结构可以更好的缓冲循环过程中Li离子反复脱嵌引起的体积膨胀和收缩。因此，制备多孔的LiMn2O4正极材料具有很大的实用价值。目前，多孔LiMn2O4的制备方法主要是采用共沉淀法获得碳酸盐作为前驱物，再经过煅烧可以得到纳米粒子自组装的微米多孔材料。该制备方法比较复杂，尤其是通过共沉淀法得到的沉淀物要进行反复多次洗涤，得到的Mn(CO3)2沉淀物要先进行一次煅烧后得到MnO2，然后MnO2与LiOH再配置成溶液充分搅拌和混合，蒸干后，再进行反应烧结，制成多孔材料。因此，寻求一种工艺简单，操作方便，成本低廉的多孔LiMn2O4的制备方法具有重要的实际意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种简单有效，以碳球为模板的制备多孔LiMn2O4的方法。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的，包括如下步骤：(1)采用硝酸锂和硝酸锰或采用醋酸锂和醋酸锰作为原料，按摩尔比Li:Mn＝1:2的比例进行配比，并制成水溶液。(2)向步骤(1)制备的水溶液中加入一定量的络合剂柠檬酸；其中：柠檬酸与步骤(1)中溶液中的阳离子的摩尔比为1：2。(3)调整步骤(2)水溶液的pH值，缓慢加入适量NH3·H2O将溶液的pH值调整到7～9，形成溶胶。(4)向步骤(3)制备的溶胶中加入碳球，并充分搅拌使得碳球分散均匀，得到悬浊液；其中：碳球与溶液中Mn离子的摩尔比为1～20:1。(5)在80℃条件下搅拌步骤(4)中制备的悬浊液，直到形成凝胶。(6)将步骤(5)获得的凝胶于160℃条件下干燥1h，待降到室温后研磨获得前驱物。(7)将步骤(6)获得的前驱物加热到400～550℃后预烧4～10h，之后冷却到室温，进行充分研磨，得粉末样品。(8)将步骤(7)的粉末样品在600～850℃煅烧4～24h，得多孔结构的LiMn2O4单相材料。作为一种优化，所述步骤(7)中，预烧温度为500℃，预烧时间为6h。作为一种优化，所述步骤(8)中，煅烧温度为650℃，煅烧时间为6h。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：(1)本专利技术采用的工艺简单，制备条件温和，煅烧温度低，热处理时间短，节省能源。(2)采用碳球作为模板，在低于LiMn2O4的成相温度下即可通过氧化成气体很容易地除去，而留下孔或者孔道。(3)采用该方法得到的多孔LiMn2O4材料的比表面积较高，为10.43～14.69m2/g。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的多孔LiMn2O4的X射线衍射(XRD)图谱。图2为本专利技术实施例1制得的多孔LiMn2O4的扫描电子显微镜(SEM)照片。图3为本专利技术实施例1制得的多孔LiMn2O4的N2吸附、脱附曲线。具体实施方式为了进一步了解本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图和实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1称取0.69g的LiNO3，4.65ml的Mn(NO3)2(质量分数50％的溶液，下同)，3.15g的C6H8O7·H2O,溶解到去离子水中，充分搅拌，加入适量的NH3·H2O将溶液的pH值调整到8。再向溶液中加入1.2g的碳球。将磁力搅拌器温度设定为80℃，将上述溶液置于磁力搅拌器上进行充分搅拌，直到形成凝胶；将凝胶放入干燥箱中，于160℃的条件下干燥1h，经仔细研磨后，于500℃预烧6h，再充分研磨，接着在650℃烧结6h，得到多孔LiMn2O4。其中碳球采用水热法制备得到。具体方法为：以C6H12O6·H2O为原料，将1.6gC6H12O6·H2O溶解到40ml的去离子水中，配成浓度为0.5M的溶液，再放入50ml反应釜中，于180℃下水热反应6h。反应结束后，将水热产物进行多次的水洗和醇洗，经80℃干燥5h后，即可得到尺寸较均匀的约为500nm的碳球。图1为本实施例所制备的多孔LiMn2O4的XRD图谱，该图谱表明，产物为LiMn2O4单相。图2为本实施例所制备多孔LiMn2O4的SEM图谱，图谱表明，制备得到了多孔LiMn2O4材料。孔径分布在0.1～1um范围内。图3为本实施例制得的多孔LiMn2O4的N2吸附、脱附曲线。比表面积测试表明，本实施例制备的多孔LiMn2O4比表面积为11.50m2/g。实施例2称取0.69g的LiNO3，4.65gmlMn(NO3)2，3.15g的C6H8O7·H2O,溶解到去离子水中，充分搅拌，加入适量的NH3·H2O将溶液的pH值调整到8。再向溶液中加入0.24g的碳球。碳球的制备方法和过程同实施例1。将上述溶液置于磁力搅拌器上，在80℃条件下进行充分搅拌，直到形成凝胶；将凝胶放入干燥箱中，于160℃的条件下干燥1h，经仔细研磨后，于400℃预烧8h，再充分研磨，接着在750℃烧结12h，得到多孔LiMn2O4。实施例3称取0.69g的LiNO3，4.65ml的Mn(NO3)2，3.15g的C6H8O7·H2O,溶解到去离子水中，充分搅拌，加入适量的NH3·H2O将溶液的pH值调整到8。再向溶液中加入2.4g的碳球。碳球的制备方法和过程同实施例1。将上述溶液置于磁力搅拌器上，在80℃条件下进行充分搅拌，直到形成凝胶；将凝胶放入干燥箱中，于160℃的条件下干燥1h，经仔细研磨后，于500℃预烧10h，再充分研磨，接着在850℃烧结6h，得到多孔LiMn2O4。实施例4称取1.071g的CH3COOLi·2H2O，4.9g的Mn(CH3COO)2·4H2O，3.203g的C6H8O7·H2O溶解到去离子水中，充分搅拌，加入适量的NH3·H2O将溶液的pH值调整到8。再向溶液中加入0.12g的碳球。碳球的制备方法和过程同实施例1。将上述溶液置于磁力搅拌器上，在80℃条件下进行充分搅拌，直到形成凝胶；将凝胶放入干燥箱中，于160℃的条件下干燥1h，经仔细研磨后，于550℃预烧5h，再充分研磨，接着在650℃烧结10h，得到多孔LiMn2O4。实施例5称取1.071g的CH3COOLi·2H2O，4.9g的Mn(CH3COO)2·4H2O，3.203g的C6H8O7·H2O溶解到去离子水中，充分搅拌，加入适量的NH3·H2O将溶液的pH值调整到8。再向溶液中加入1.2g的碳球。碳球的制备方法和过程同实施例1。将上述溶液置于磁力搅拌器上，在80℃条件下进行充分搅拌，直到形成凝胶；将凝胶放入干燥箱中，于160℃的条件下干燥1h，经仔细研磨后，于400℃预烧8h，再充分研磨，接着在700℃烧结6h，得到多孔LiMn2O4。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以碳球为模板制备多孔LiMn

【技术特征摘要】
1.一种以碳球为模板制备多孔LiMn2O4的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用硝酸锂和硝酸锰或采用醋酸锂和醋酸锰作为原料，按摩尔比Li:Mn＝1:2的比例进行配比，并制成水溶液；(2)向步骤(1)制备的水溶液中加入一定量的络合剂柠檬酸；其中：柠檬酸与步骤(1)中溶液中的阳离子的摩尔比为1：2；(3)调整步骤(2)水溶液的pH值，缓慢加入适量NH3·H2O将溶液的pH值调整到7～9，形成溶胶；(4)向步骤(3)制备的溶胶中加入碳球，并充分搅拌使得碳球分散均匀，得到悬浊液；其中：碳球与溶液中Mn离子的摩尔比为1～20:1；(5)在80℃条件下搅拌步骤(4)中制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雅馨，钱兵，岳军伟，宋修梅，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34