一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法技术

本发明专利技术提供了一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，采用廉价的MnO2和Li2CO3为初始原料，通过高温固相法将原料按照摩尔比MnO2:Li2CO3为1:1比例制备出层状结构的Li2MnO3，并以Li2MnO3为前驱体采用不同含量的NH4H2PO2进行处理，Li2MnO3用NH4H2PO4处理后正极材料二次颗粒更均匀，一次颗粒团聚度更小，含磷化合物的存在，有利于电池循环过程中电荷传导、提高材料的离子电导率，从而减小内阻。加速材料在电化学过程中的活化，提高材料的放电比容量和库伦效率。本发明专利技术方法所合成的正极活性物质样品纯度高，合成工艺简单且先进。本发明专利技术的方法简单、环保、成本低；检测迅速、可重复性高；对锂离子电池具有十分广阔的应用前景。子电池具有十分广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法


[0001]本专利技术提供一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，具体涉及一种磷酸盐对Li2MnO3进行包覆的处理方法及其在锂离子电池中的应用，属于纳米电池材料的制备及应用领域。

技术介绍

[0002]在电池中体系中Li2MnO3在首次充电过程中释放出的游离态的氧与电解液发生氧化，分解形成CO2、CO和H2O等，首次不可逆容量损失较大；同时，在氧化反应过程中正极材料表面形成一层较厚的SEI膜，使得电化学阻抗增加，使材料的性能恶化，另外，在首次充电过程中Li以Li2O的形式脱出，失去晶格氧，导致（1）电极材料内部形成微裂纹、颗粒之间形成孔隙；（2）过渡金属原子在充放电过程中迁移进入Li2MnO3由于活化而形成的 Li 空位使材料的局域结构发生重构（如：相变等）。可见，晶格氧的脱出与Li、O空位的形成使导致Li2MnO3性能恶化的主要原因之一。研究发现，通过改善体相结构稳定性和/或表面改性改善界面结构，提高界面粒子的传输能力对于抑制晶格氧脱出进而优化富锂锰材料的性能具有重要作用。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，通过加入适量的磷酸化合物能和Li2MnO3反应生成Li3PO4，一方面可去除材料表面过量的锂，另一方面可生成离子导体 Li3PO4，有利于加快锂离子在在电极/电解液界面处的扩散，从而提高材料的性能。该方法简单易行，产率较高。
[0004]本专利技术提供了一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，以下技术方案：1、以MnO2：Li2CO3摩尔比为1:0.5的比例分别称量纯的MnO2和Li2CO3，然后充分混合研磨2小时，以确保材料混合均匀;2、将研磨后的粉末材料转至坩埚、置入管式炉内，加热至780
º
C，保温6h
‑
8h，缓慢冷却至室温后再次研磨即得到目标产物Li2MnO3;3、称取一定质量的NH4H2PO4溶于蒸馏水中，置于磁力搅拌器，搅拌15min。再向烧杯缓慢中加入事先称取好的Li2MnO3粉末，搅拌2h使之充分混合;4、将混合物放入干燥箱中在60℃
‑
80℃干燥12h，再研磨后、置入管式炉内，加热至750℃，保温3h
‑
5h，随炉冷却，即得到包覆后的Li2MnO3正极材料。
[0005]在本专利技术中，所述MnO2和Li2CO3摩尔比例优选为1:0.5。在本专利技术中，所述NH4H2PO4占Li2MnO3的质量比优选为0%至99%。
[0006]在本专利技术中，步骤（2）所述高温处理的温度优选为780℃，时间优选为6 h。
[0007]在本专利技术中，步骤（3）所述搅拌时间优选为2 h。
[0008]在本专利技术中，步骤（4）所述烘干温度优选为80℃；煅烧温度优选为750℃，煅烧时间优选为3 h。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的Li2MnO3正极材料锂离子电池中的应用。
[0010]本专利技术所述的一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，所述表面处理过的Li2MnO3是通过NH4H2PO4处理获得的，所述包覆量是通过控制NH4H2PO4和Li2MnO3质量比调节的，所述电化学性能测试方法是将处理过的Li2MnO3制做成锂离子电池测试的。
[0011]实验效果表明，本专利技术提供的表面处理过的Li2MnO3正极活性物质应用于锂离子电池时，放电容量为51.681mAh/g，与未经表面处理过的Li2MnO3正极活性物质相比提高了约2倍。
[0012]采用廉价的MnO2和Li2CO3为初始原料，通过高温固相法将原料按照摩尔比MnO2:Li2CO3为1:1比例制备出层状结构的Li2MnO3，并以Li2MnO3为前驱体采用不同含量的NH4H2PO2进行处理，Li2MnO3用NH4H2PO4处理后正极材料二次颗粒更均匀，一次颗粒团聚度更小，含磷化合物的存在，有利于电池循环过程中电荷传导、提高材料的离子电导率，从而减小内阻。加速材料在电化学过程中的活化，提高材料的放电比容量和库伦效率。本专利技术方法所合成的正极活性物质样品纯度高，合成工艺简单且先进。本专利技术的方法简单、环保、成本低；检测迅速、可重复性高；对锂离子电池具有十分广阔的应用前景。
附图说明
[0013]图1为本专利技术表面处理过的Li2MnO3的XRD图；图2为本专利技术表面处理过的Li2MnO3的SEM图；图3为本专利技术表面处理过的Li2MnO3的充放电曲线图。
实施方式
[0014]为了进一步说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的表面处理过的Li2MnO3的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
实施例1
[0015]称取85gMnO
2 和37gLi2CO3，充分混合研磨2小时，以确保材料混合均匀；将研磨后的粉末材料转至坩埚，置入管式炉内，加热至780℃，加热速率没有特别要求，保温6h，缓慢冷却至室温后再次研磨即得到目标产物Li2MnO3；称取0.5g的NH4H2PO4溶于蒸馏水中，置于磁力搅拌器，搅拌15min。再向烧杯缓慢中加入事先称取好的100g Li2MnO3粉末，搅拌2h使之充分混合；将混合物放入干燥箱中在80℃干燥12h，再次研磨后、置入管式炉内，加热至750℃，加热速率没有特别要求，保温3h，随炉冷却，即得到包覆后的Li2MnO3正极材料。
实施例2
[0016]称取85gMnO
2 和37gLi2CO3，充分混合研磨2小时，以确保材料混合均匀；将研磨后的粉末材料转至坩埚，置入管式炉内，加热至780℃，加热速率没有特别要求，保温6h，缓慢
冷却至室温后再次研磨即得到目标产物Li2MnO3；称取1g的NH4H2PO4溶于蒸馏水中，置于磁力搅拌器，搅拌15min。再向烧杯缓慢中加入事先称取好的100g Li2MnO3粉末，搅拌2h使之充分混合。将混合物放入干燥箱中在80℃干燥12h，再次研磨后、置入管式炉内，加热至750℃，加热速率没有特别要求，保温3h，随炉冷却，即得到包覆后的Li2MnO3正极材料。
[0017]实验例
[0018]称取85gMnO
2 和37gLi2CO3，充分混合研磨2小时，以确保材料混合均匀。将研磨后的粉末材料转至坩埚，置入管式炉内，加热至780℃，加热速率没有特别要求，保温6h，缓慢冷却至室温后再次研磨即得到目标产物Li2MnO3。
[0019]对实施例和对照例所得Li2MnO3进行X射线衍射(XRD)观测，观测结果见图1。磷酸盐NH4H2PO4的处理对Li2MnO3微观结构会产生影响。
[0020]对实施例和对照例所得Li2MnO3进行扫描电子显微镜(SEM)观测，观测结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，包括以下步骤：1）按比例分别称量纯的MnO2和Li2CO3，然后充分混合研磨2小时，以确保材料混合均匀；2）将研磨后的粉末材料转至坩埚、置入管式炉内，热处理后，缓慢冷却至室温后再次研磨即得到目标产物Li2MnO3；3）称取一定质量的NH4H2PO4溶于蒸馏水中，置于磁力搅拌器搅拌。再向烧杯缓慢中加入事先称取好的Li2MnO3粉末，搅拌使之充分混合；4）将混合物放入干燥箱中干燥，再研磨后、置入管式炉内，热处理后随炉冷却，即得到包覆后的Li2MnO3正极材料。2.根据权利要求1所述的一种改善Li2MnO3性能的表面处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述的MnO2和Li2CO3摩尔比例为1:0.5。3.根据权利要求1所述的一种改善Li2...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯明，王夺，王萍，吕伟明，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：