本发明专利技术涉及一种ＬｉＭｎ２Ｏ４锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池材料领域。该方法包括以下步骤：将锂源化合物：锰源化合物按摩尔比１：１．７～２．０的比例分别计量，将锂源化合物、锰源化合物中加入混料机中混合均匀，然后加入一定量的纯净水搅拌成膏状前驱体，将膏状前驱体置入工业微波炉中热处理，以２～１０℃／ｍｉｎ的升温速率于６００－７５０℃温度热处理２０－５５ｍｉｎ后，然后降至室温即可。该方法还可同时进行碳包覆、金属掺杂ＬｉＭｎ２Ｏ４锂离子电池正极材料的制备。本发明专利技术生产原料来源丰富，制备工艺简单、易于控制、能耗低、成本低廉，产品纯度高、质量稳定、电化学性能良好，可广泛用于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极活性物质的制备方法，特别是涉及锂离子电池正 极材料锰酸锂的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其输出电压高、比能量高、循环寿命长，并且自放电小、安全、无记忆 效应等优点，已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点，其中正极材料是锂离子 电池的关键。目前正极材料主要有钴酸埋、镍酸埋、锰酸埋等，但国内仅有钴酸埋形成规模 化生产。由于钴属于贵金属，资源有限、有毒，其发展受到限制，而且钴酸埋存在安全隐患， 所以人们正努力寻找钴酸埋的替代品。锰酸锂(LiMn2O4)作为正极材料具有良好的前景，其具有三维隧道结构，具有较好 的嵌入脱出性能且资源丰富、价格低廉、结构稳定、制备容易、对环境污染小和充电安全等 优点，将是未来高容量锂离子电池正极的主要候选材料之一。制备LiMn2O4的方法从固态到液态、从低温到高温不一而足。从宏观上看，不同条 件下制备出的LiMn2O4化合物具有不同的电化学性能，究其本质源于尖晶石型LiMn2O4在 充放电过程中结构的变化，换言之，结构的如何变化决定了电化学性能的差异。LiMn2O4由 于易在锻烧过程中失去氧而转变成电化学性能差的缺氧化合物，因此不容易制备高容量的 LiMri204。目前制备方法主要有高温固相法、融盐浸渍法、Pechini法、溶胶-凝胶法、共沉淀 法、乳化干燥法和软化学法等。但以上方法均存在合成时间长、工艺复杂、热能利用率低等缺陷，得到的LiMn2O4 颗粒不均勻，而且易出现杂质相。专利号为200610086000. 3的专利公开了一种锂离子电池正极材料用尖晶石型 LiMn2O4的制备方法，包括将电解二氧化锰按比例加入到一定浓度的醋酸锂与醋酸铝的水 溶液中，混合均勻；经球磨、干燥、自然冷却，再加入醇水溶液，调成浆状，干燥后制得前驱 体；将前驱体在200 800°C煅烧2 24h。该方法制得的锂离子电池正极材料具有某些优 点，但是该工艺采用传统的球磨、干燥、煅烧等方法，工艺过程复杂，生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中锂离子电池正极材料LiMn2O4成本 高、性能差的缺点，提供一种工艺简化、成本低、能耗低的锂离子电池正极材料LiMn2O4的制 备方法，该方法适用于工业化生产，且制得的正极材料充放电容量高、循环性能好。本专利技术的技术方案一种锂离子电池LiMn2O4正极材料的制备方法，包括以下步骤，(1)将锂源化合物、锰源化合物按Li:Mn为1 1.7 2.0的摩尔比分别计量，然后混合 均勻，得到混合物；(2)向所述混合物中加入制备的LiMn2O4重量20 80%的纯净水，搅拌均勻，得到膏状4前驱体；(3)将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出LiMri204。一种锂离子电池碳包覆LiMn2O4正极材料的制备方法，包括以下步骤，(1)将锂源化合物、锰源化合物按Li=Mn为1 :1. 7 2.0的摩尔比分别计量，将锂源化 合物、锰源化合物混合均勻，得到混合物；(2)分别计量制备的碳包覆LiMn2O4重量的4 20%的碳源化合物和LiMn2O4重量的 20 80%的纯净水，将二者混合，搅拌均勻，得到含碳源化合物的水溶液；(3)将所述水溶液和步骤(1)的混合物混合，搅拌均勻，得到膏状前驱体；(4)将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出碳包覆 LiMn2O4正极材料。一种锂离子电池金属掺杂LiMn2O4正极材料的制备方法，包括以下步骤，(1)将锂源化合物、锰源化合物、掺杂金属盐按Li=Mn 金属离子的摩尔比1 :1. 7 2. 0 0. 01 0. 05分别计量，将锂源化合物、锰源化合物混合均勻，得到混合物；(2)计量制备的金属掺杂LiMn2O4重量的20 80%的纯净水，将所述掺杂金属盐加入 所述纯净水中，搅拌均勻，得到混合水溶液；(3)将所述混合水溶液和步骤(1)的混合物混合，搅拌均勻，得到膏状前驱体；(4)将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出金属掺杂 LiMn2O4正极材料。在所述步骤(2)中向纯净水中加入掺杂金属盐的同时，还加入制备的LiMn2O4重量 的4 20%碳源化合物。所述锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂，所述锰源化合物为二氧化锰；所述 金属盐为硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铬、碱式硫酸铬、醋酸铬、硝酸镁或硝酸镍；所述碳源 化合物为草酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麦芽糖。所述坩埚为炭化硅坩埚、石墨坩埚、玻璃坩埚或纸质坩埚；所述工业微波炉的功率 为5 25KW，微波热处理是利用微波以每min2 10°C的速率升温至650 750°C，并在此 温度保持25 55min。本专利技术的有益效果(1)本专利技术的前期原料混合采用采用固液混合的方法，加入纯净水可以使原料充分混 合，使前期原料混合的更均勻，易形成膏状前驱体。(2)本专利技术将掺杂金属盐直接溶于纯净水中，使得金属掺杂更容易混合均勻，更有 利于合成。(3)本专利技术将混合后形成的膏状前驱体直接进入工业微波炉中进行烧结，替代了 传统的球磨、干燥等工艺过程，工艺异常简化，使得工艺控制非常简单，有利于产品质量的 控制。(4)本专利技术采用工业微波加热，可使材料自身整体同时升温，加热速度快、无污染， 使处理的样品晶粒细化，结构均勻，同时微波加热可以精确控制，缩短合成时间，节约能源。 传统的烧结需要保温20h左右，而本专利技术微波烧结仅需不足lh，大大减少合成时间，节约能 源。(5)本专利技术的制备工艺简单，生产成本低，不同批次产品的重现性好，适合大规模(6)本专利技术在烧结过程不会产生各种有害气体，无污染，非常有利于环保。(7)本专利技术通过碳包覆、掺杂金属元素制备的正极材料，在大幅度提高LiMn2O4电 导率的同时，还有效提高了 LiMn2O4的充放电容量和循环次数。将制备的碳包覆、Cr3+掺杂的LiMn2O4样品、导电剂(乙炔黑与石墨按4:1 (Wt%) 比例球磨混合而得)、粘接剂(中国科学院成都有机化学研究所制造的LA-133)按 0. 85:0. 1:0. 05的比例(质量比)混合，加入适量蒸馏水，然后磁力搅拌2h左右，将所得浆 料涂于铝箔上。经自然干燥8h后碾压，放入温度为80 100°C的真空干燥箱中干燥12h以 上，切膜，将小膜片称量，放入充满Ar气的手套箱中。在手套箱中用锂片作对电极，放入经 电解液(lmol/L LiPF6/EC十DEC (1:1))润湿过的聚丙烯膜Cellgard2400隔膜，然后滴入 电解液；以不锈钢垫片为集流体，组装成扣式实验电池进行测试。将进行碳包覆、Cr3+掺杂LiMn2O4样品在室温下以20 mA/g进行充放电，首次放电 容量为 126. 1 128. 2mAh/g, 10 次循环后为 121. 4 123. 39mAh/g。采用同样方法测定本专利技术的未进行碳包覆、也未进行Cr3+掺杂LiMn2O4样品的首 次放电容量为128. 2 130. 4mAh/g, 10次循环后为113. 6 114. 5mAh/g。由此可见，碳包覆、Cr3+掺杂可使LiMn2O4的首次放电容量略有降低，但能够明显改 善尖晶石LiMn2O4的循环性能。四附图说明图1为本专利技术的同时碳包覆、Cr本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池ＬｉＭｎ↓［２］Ｏ↓［４］正极材料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤，（１）将锂源化合物、锰源化合物按Ｌｉ：Ｍｎ为－１：１．７～２．０的摩尔比分别计量，然后混合均匀，得到混合物；（２）向所述混合物中加入制备的ＬｉＭｎ↓［２］Ｏ↓［４］重量２０～８０％的纯净水，搅拌均匀，得到膏状前驱体；（３）将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出ＬｉＭｎ↓［２］Ｏ↓［４］。
【技术特征摘要】
一种锂离子电池LiMn2O4正极材料的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤，(1)将锂源化合物、锰源化合物按LiMn为 11.7～2.0的摩尔比分别计量，然后混合均匀，得到混合物；(2)向所述混合物中加入制备的LiMn2O4重量20～80%的纯净水，搅拌均匀，得到膏状前驱体；(3)将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出LiMn2O4。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂或 醋酸锂；所述锰源化合物为二氧化锰；所述坩埚为炭化硅坩埚、石墨坩埚、玻璃坩埚或纸质 坩埚。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述工业微波炉的功率为5 25KW，微波热处理是利用微波以每分钟2 10°C的速率升温至650 750°C，并在此温度保 持 25 55min。4.一种锂离子电池碳包覆LiMn2O4正极材料的制备方法，其特征是该方法包括以下 步骤，(1)将锂源化合物、锰源化合物按Li=Mn为1 :1. 7 2.0的摩尔比分别计量，将锂源化 合物、锰源化合物混合均勻，得到混合物；(2)分别计量制备的碳包覆LiMn2O4重量的4 20%的碳源化合物和LiMn2O4重量的 20 80%的纯净水，将二者混合，搅拌均勻，得到含碳源化合物的水溶液；(3)将所述水溶液和步骤(1)的混合物混合，搅拌均勻，得到膏状前驱体；(4)将所述膏状前驱体置于坩埚中，经工业微波炉进行微波热处理，制备出碳包覆 LiMn2O4正极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是所述锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂 或醋酸锂；所述锰源化合物为二氧化锰；所述碳源化合物为草酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、乳 糖或麦芽糖；所述金属盐为硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铬、碱式硫...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新保，贾晓林，李恩惠，蔡俊明，周永刚，吴铁雷，
申请(专利权)人：河南联合新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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