制备λ-二氧化锰的方法技术

本发明专利技术的特征在于制备λ-MnO2的方法，所述方法包括（a）将锂锰氧化物尖晶石与含水酸溶液在低于15℃的温度下混合以形成浆液，所述锂锰氧化物尖晶石具有化学式Li1+xMn2-xO4，其中-0.075≤x≤+0.075；（b）在低于15℃的温度下搅拌所述浆液以从锂锰氧化物尖晶石中除去90%或更多的锂以形成λ-MnO2；（c）将所述λ-MnO2与上层清液分离；（d）洗涤所述分离的λ-MnO2直至洗涤水的pH介于6和7之间；以及（e）干燥所述λ-MnO2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及阴极活性材料和制备阴极活性材料的方法。
技术介绍
电池例如碱性电池通常用作电能来源。一般来讲，电池包含负极(阳极)和正极(阴极)。负极包含能够被氧化的电活性材料(例如锌或锌合金颗粒);并且正极包含能够被还原的电活性材料(例如二氧化锰)。负极的活性材料能够还原正极的活性材料。为了避免负极活性材料与正极活性材料的直接反应，通过离子可渗透的隔板将电极进行机械隔离及电隔离。 当使用电池作为蜂窝电话等装置的电能来源时，与电极实现电接触，使电子流过装置，使得在各自的电极上发生氧化和还原反应以提供电能。与两个电极接触的电解质溶液包含扩散穿过位于电极之间的隔板的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。专利技术概述本专利技术涉及制备用于碱性电池的阴极活性材料的方法。阴极活性材料可包括λ -Μη02。λ -MnO2可通过改善的方法合成，所述方法包括在低于环境室温的温度下用含水酸溶液处理标称化学计量比的锂锰氧化物尖晶石，所述温度例如介于0°C和10°C之间。在一些实施方案中，可重复多次低温酸萃取方法以从前体尖晶石晶格中除去基本上所有的锂离子。例如，在低温下用含水酸溶液多次处理可除去原本存在于前体尖晶石中的超过90%(例如，超过94%,或超过97%)的锂离子。例如,在低温酸萃取过程之后，λ-MnO2可包含小于O. 3重量％的锂，小于O. 2重量％的锂，或小于O. I重量％的锂。在一个方面，本专利技术的特征在于制备λ -MnO2的方法，所述方法包括(a)将锂锰氧化物尖晶石与含水酸溶液在低于15°C的温度下混合以形成浆液，所述锂锰氧化物尖晶石具有化学式Li1+xMn2_x04，其中-O. 075 ^ X ^ +0. 075 ；(b)在低于15°C的温度下，搅拌所述浆液以从锂锰氧化物尖晶石中除去90%或更多的锂以形成λ -MnO2 ; (c)将所述λ -MnO2与上层清液分离；(d)洗涤所述分离的λ -MnO2直至洗涤水的pH介于6和7之间；以及(e)干燥所述λ -MnO2。在另一方面，本专利技术的特征在于制备阴极的方法，所述方法包括(a)在低于10°C的温度下，将锂锰氧化物尖晶石与含水酸溶液混合以形成浆液；(b)在低于10°C的温度下，搅拌所述浆液以对锂锰氧化物尖晶石进行脱锂以形成λ-MnO2; (c)将所述λ-MnO2与上层清液分离；(d)洗涤所述分离的λ-MnO2 ;(e)干燥所述λ-MnO2 ;以及(f)将所述λ-MnO2结合到阴极中。在另一方面，本专利技术包括制造电池的方法，所述方法包括Ca)将锂锰氧化物尖晶石与含水酸溶液在低于10°c的温度下混合以形成浆液；(b)在低于10°C的温度下，搅拌所述浆液以对锂锰氧化物尖晶石脱锂以形成λ -MnO2 ; (C)将所述λ -MnO2与上层清液分离；(d)洗漆所述分离的λ -MnO2 ; (e)干燥所述λ -MnO2 ; (f)将所述λ -MnO2结合到阴极中；以及(g)将所述阴极结合到电池中。实施方案可包括下列特征中的一个或多个。λ -MnO2可由标称化学计量的锂锰氧化物尖晶石合成，所述合成通过脱锂方法从前体尖晶石的晶格中除去基本上所有的锂离子(例如，超过90%，超过94%，超过97%)，所述脱锂方法包括在低于环境室温的温度下用含水酸溶液萃取，所述温度例如介于0°C和10°C之间。前体尖晶石(例如，标称化学计量的锂锰氧化物尖晶石)可通过热处理化学制备的二氧化锰(例如，CMD)和含锂化合物的混合物来制备。CMD可通过Mn2+离子在可溶解的含锰化合物溶液中的化学氧化来制备，所述含锰化合物例如锰(II)盐(例如，硫酸锰、硝酸锰、乙酸猛、氯化猛、氢氧化猛)。 锂锰氧化物尖晶石可具有通式Li1+xMn2_x04，其中-O. 05彡x彡+0. 05 (例如，-O. 02 ^ X ^ +0. 02，或者O. 00 < X < +0. 02)。锂锰氧化物尖晶石具有O. 45至O. 56(例如，O. 46至O. 54，或O. 485至O. 515)的锂与锰原子比。锂锰氧化物尖晶石可由化学合成的锰氧化物前体制备。化学合成的锰氧化物可包括CMD、pCMD、非晶态锰氧化物、以及弱结晶的尖晶石型锰氧化物(例如，在X射线衍射图中具有尖晶石宽峰的尖晶石型锰氧化物)。CMD可具有包括α-Μη02、β-MnO2、斜方锰矿、γ_Μη02、δ-MnO2、或ε-MnO2、或它们的混合物、复合物、和共生物的晶体结构。PCMD可具有包括α-Μη02、β-MnO2、斜方锰矿、γ_Μη02、或ε -MnO2、或它们的混合物、复合物、和共生物的晶体结构。锂锰氧化物尖晶石可具有介于8.23501和8.2550人之间(例如，介于8.2420^和8.25201)之间的精修立方晶胞常数。锂锰氧化物尖晶石可具有介于I和10m2/g之间(例如，介于I和5μπι之间)的B. Ε. Τ.比表面积。锂锰氧化物尖晶石具有小于15 μ m (例如，小于5 μ m)的平均(中值)粒度。锂锰氧化物尖晶石可具有由谢乐法测定的介于约60nm和IOOnm之间的X射线微晶尺寸。含水酸溶液可包括硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸、甲苯磺酸和三氟甲磺酸的水溶液。含水酸溶液的浓度可介于O. I和12M之间(例如，介于I和IOM之间，介于4和8M之间，或6M)。浆液温度可介于0°C和10°C之间(例如，介于(TC和5°C之间，或2°C)。对λ -MnO2的分离可包括通过滗析、抽滤、压滤、离心分离或者通过喷雾干燥分离。洗涤所述分离的λ-MnO2可包括用去离子水、蒸馏水或碱性水溶液洗涤。干燥λ-MnO2可包括在空气中或在惰性气氛(例如，氮、氩)中于超过环境室温21°C (例如，低于100°C，介于30°C和70°C之间，介于40°C和60°C之间)的温度下和/或在真空下干燥。形成的λ -MnO2可具有介于8.0200Α和8.0500Α之间，或者小于8.0500Α(例如，小于8.0400Α)的精修立方晶胞常数。形成的λ -MnO2可具有介于O. I重量％和I. O重量％之间(例如，介于O. I重量%和O. 5重量%之间),或者小于I. O重量% (例如，小于O. 5重量％，或者小于O. 2重量％)的残余锂含量。形成的λ -MnO2可具有介于10和30m2/g之间(例如，介于15和25m2/g之间)的B. Ε. T.比表面积，介于O. 060和O. 110cm3/g之间的累积解吸孔体积，以及由谢乐法测定的大于50nm (例如,大于70nm)或者介于50nm和IOOnm之间的X射线微晶尺寸。制备阴极的方法可包括将导电性添加剂和任选的基料混入阴极中。导电性添加剂可包括导电性碳、银、镍和/或它们的混合物。导电性碳可包括石墨(例如，非膨胀天然石墨、非膨胀人造石墨和膨胀石墨)、炭黑、乙炔黑、部分石墨化的炭黑、碳纤维、碳纳米纤维、气相生长碳纤维、石墨烯、碳单壁纳米管、和/或碳多壁纳米管。非膨胀人造石墨可为耐氧化石墨。所述方法还可包括在λ-MnO2混入阴极中之前研磨(例如，高能研磨)λ-MnO2与耐氧化石墨的干燥混合物。制造电池的方法还可包括将阳极、隔板和电解质结合到电池中。阳极可包括锌金属颗粒、锌合金颗粒、或它们的混合物。锌粒可包括具有小至足以通过200目尺寸筛网的粒度的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·南容达斯瓦米，张矾，J·A·纳尔逊，P·A·克里斯琴，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：