可充锂电池用钛酸锰锂／碳复合正极材料及其制备方法，涉及一种正极材料。提供一种制备具有良好电化学活性的可充锂电池用钛酸锰锂／碳复合正极材料及其制备方法。复合正极材料为Ｌｉ↓［２－ｘ］ＭｎＴｉＯ↓［４］／Ｃ，０＜ｘ＜１，钛酸盐９８％～８５％，复合的碳２％～１５％。将乙酸锰、碳酸锰和草酸锰等锰盐中的至少一种和钛酸正丁酯、二氧化钛等钛化合物中的至少一种，在水－乙醇体系中混合，加热反应后烘干，热处理得偏钛酸锰；将偏钛酸锰与乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂等锂化合物中的至少一种，混合，加入糖，球磨，热处理，得Ｌｉ↓［２］ＭｎＴｉＯ↓［４］／Ｃ复合材料；将Ｌｉ↓［２］ＭｎＴｉＯ↓［４］／Ｃ复合材料加热，进行化学脱锂，水洗，烘干，即得产物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种正极材料，尤其是涉及一种可充锂电池用的钛酸锰锂/碳(Li2.xMnTi04/C， 0<x<l)复合正极材料及其制备方法。
技术介绍
可充锂电池(如锂离子电池等)经过10多年的发展，已经广泛应用于各种便携式电子产 品，并有希望成为电动车和混合动力车的储能装置。目前商品化的锂离子电池的正极材料以 氧化物正极材料尤其是层状LiCo02材料为主。LiCo02正极材料存在资源有限、价格昂贵和 环境不友好等缺点。而几乎所有氧化物正极材料在充电态时都是强氧化剂，与目前使用的有 机电解液直接接触存在严重的安全隐患。因此，寻求廉价、安全、环境友好并具有高比能量 的可充锂电池正极材料成为可充锂电池领域的研究热点之一。2003年，Litty Sebastian和J. Gopalakrishnan在文章 《Li2MTiO4 (M=Mn， Fe, Co, Ni): New cation-disordered rocksalt oxides exhibiting oxidative deintercalation of lithium: Synthesis of an ordered Li2NiTiO4》 中就涉及至U 了锂电池钛酸盐正极材料(Journal of Solid State Chemistry, 172 (2003) 171-177)。 M. Kiizma等 人在第14届国际锂电池会议(天津)(International Meeting of Lithium Batteries, 2008 ， Tianjin, China, abstract 325)报道了钛酸铁锂和钛酸锰锂的电化学性能《Li2FeTi04 and Li2MnTi04 as a New Potential Li-battery Cathode Materials》，虽然他们采用改性的溶胶凝胶法，但是所制 备的Li2MnTi04材料并非纯相材料，含有将近30%的MnO杂相，影响了该材料的电化学性能(即 便在6(^C，其容量也仅为100mAh/g)。钛酸盐资源丰富，环境友好，具有内在的热稳定性和安全性能，是一种很有应用前景的 可充锂电池正极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对钛酸盐正极材料导电性差的缺点，提供一种制备具有良好电化学 活性的。本专利技术所述的可充锂电池用钛酸锰锂/碳复合正极材料为LikMnTi04/C ,0<x<l，按质量百 分比，钛酸盐的含量为98% 85%，所复合的碳的含量为2% 15%。所述的可充锂电池用钛酸锰锂/碳复合正极材料实质上是一种非整计量比的化合物体系。本专利技术所述的可充锂电池用钛酸锰锂/碳复合正极材料的制备方法包括以下步骤1) 将乙酸锰、碳酸锰和草酸锰等锰盐中的至少一种和钛酸正丁酯、二氧化钛等钛化合物 中的至少一种，按化学计量比，在水-乙醇体系中混合，于密闭系统中加热反应后转移到开口 容器烘干，在氮气或氩气等保护气氛中热处理，得到偏钛酸猛；2) 将所制备的偏钕酸锰与乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂等锂化合物中的至少一种，按化学 计量比混合，加入蔗糖、葡萄糖等糖类中的至少一种，球磨，混合均匀后在氮气或氩气保护 下热处理，得Li2MnTi(VC复合材料；3) 将所制备的Li2MnTi04/C复合材料在空气中加热，进行化学脱锂，再经过水洗、烘干， 得到钛酸锰锂/碳复合正极材料LikMnTi04/C目标产物，0<x<l 。在步骤l)中，按摩尔比，锰盐和钛化合物满足物质的量比为Mn:Ti^ : 1;所述的水-乙醇体系应当满足按摩尔比，水T64:1;按体积比，水乙醇51 : 5，水包括来自反应 物原料的结晶水；所述的加热反应的温度可为30 18(TC，最好为120 150'C;所述的烘干 的温度可为80 150'C，最好为100 120。C;所述的热处理温度可为300 80(TC，最好为 400 600 °C 。在步骤2)中，所述球磨的时间最好为2 5h;按质量比，偏钛酸锰糖=1: (0.2 1.0)， 最好为偏钛酸锰糖=1: C0.35 0.75);热处理的温度可为800 1100 。C，最好为900 1000。C。在步骤3)中，所述的加热的温度最好为150 20(TC，加热的时间最好为5 24h，烘干 的温度最好为100 15(TC。所述的钛酸锰锂/碳复合正极材料可用于可充锂电池的正极，所述的钛酸锰锂/碳复合正极 材料可用于六氟磷酸锂，高氯酸锂，六氟砷酸锂及三氟化碳璜酸锂(LiPF6， LiC104， LiAsF6 及CF3S03Li )为电解质的可充锂电池。采用本专利技术所述的钛酸锰锂/碳复合材料制备钛酸锰锂/碳复合电极可采用涂浆法，其具体 步骤是按质量比复合材料乙炔黑粘结剂=80 : 10 : 10，将复合材料、乙炔黑和粘结剂球磨 混匀，涂在处理过的铝箔上，于120。C烘干，在20MPa下压制成型。以上述钛酸锰锂/碳复合 电极为正极，金属锂为负极，Cellgard2400为隔膜，1 moll/1 LiPF6的EC/DMC溶液为电解液， 组装成CR2025扣式电池，在LAND电池测试系统(武汉金诺电子有限公司提供)上进行恒流 充放电性能测试。电压区间2 4.8V。本专利技术采用三步法，先制偏钛酸锰，再制钛酸锰锂/碳复合材料，最后经过化学脱锂得 到目标产物的技术方案。先制偏钛酸锰可以保证钛，锰的均匀混合，从而保证复合材料中钛酸锰锂相的纯度。糖受热经过熔融状态，有利于其均匀分散。糖碳化所得到的碳， 一方面可 防止钛酸盐颗粒间的烧结和团聚，使材料颗粒细小，缩短电化学过程锂离子的传输路径，有 利于实现良好倍率性能；另一方面，碳良好的导电性可以改善颗粒间的接触电导和材料的整 体电子电导，也有利于实现良好倍率性能；经过化学脱锂，使材料的电化学性能得到进一步 的活化与提高。与已有技术不同之处在于，本专利技术分三步合成钛酸锰锂/碳复合材料，先制得偏钛酸锰， 实现钛和锰的均匀混合，再制备钛酸锰锂/碳复合材料，避免了原位包碳时碳影响到钛和锰间 的扩散而影响最终产物的相纯度；以廉价的糖为碳原料，通过化学方法实现原位碳化复合， 工艺简单，操作容易；最后，经过化学脱锂活化和提高了材料的电化学性能。因此本专利技术所 述复合材料具有较高的性价比和较好的市场潜力。本专利技术采用的原位碳复合方法，所制备的 复合材料具有较好的电化学性能。以含碳10。/。Li2-xMnTiCVC，x^.7材料为例，在30mAg"电 流密度下充放电可逆容量达到200 mAhg—1。附图说明图l为MnTi03材料样品的X-射线衍射图。在图1中，热处理温度a、 800 °C (实施例l); b、 500 °C (实施例3); c、 400°C (实施例5)。横坐标为20/。， 6为衍射角，纵坐标为衍射强 度Intensity (a.u.)。图2为Li2MnTiCVC复合材料样品的X-射线衍射图。在图2中，含碳量a、 2%(实施例1); b、 10 %(实施例8); c、 15 %(实施例4)。横坐标为26/ °， e为衍射角，纵坐标为衍射强度Intensity (a.u.)。图3为Li2.xMnTi(VC,(Kx^复合材料样品的X-射线衍射图。在图本文档来自技高网...
【技术保护点】
可充锂电池用钛酸锰锂／碳复合正极材料，其特征在于为Ｌｉ↓［２－ｘ］ＭｎＴｉＯ↓［４］／Ｃ，０＜ｘ＜１，按质量百分比，钛酸盐的含量为９８％～８５％，所复合的碳的含量为２％～１５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，李益孝，何冠男，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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