一种富锂锰基材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种富锂锰基材料及其制备方法。该制备方法为溶胶-喷雾热解法，包括制备前驱体溶胶、喷雾干燥与高温煅烧等步骤。本发明专利技术工艺流程简单、设备投入少、连续化程度高，没有尾气、废液排出。本发明专利技术的富锂锰基正极材料电化学性能优异，放电容量高达225-250A.h.g-1，且循环性能好，在0.5C倍率下其放电容量还可以保持在150mA.h.g-1以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池正极材料
更具体地，本专利技术涉及一种富锂锰基材料，还涉及所述富锂锰基材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池已成熟应用于手机、笔记本、数码相机、电动工具等便携式电子产品，正逐渐应用于电动自行车、电动汽车、移动基站、潜艇等大中型用电设备上。随着IT、电子、自动化等领域的高速发展，对锂离子电池的能量密度也提出了更高的要求。正极材料容量较低成为锂离子电池能量密度提高的瓶颈，目前现有主要正极材料容量均在120 160mA.h. g'迫切需要更高容量的新型正极材料。层状富锂锰基正极材料是业界普遍看好的高容量正极材料，其理论容量高达279mA. h. g'能量密度可达250wh. kg—1且还有提升空间 ，远远高于目前现有正极材料的ISOwh.kg'另外，其成本低廉、对环境友好、电池一致性好等优点使其备受青睐。自 20 世纪末 Koichi Numata 等(Chemistry Letters 1997，Page725_726)报道了层状富锂锰基材料以来，许多研究人员相继对这种材料进行了大量研究，但基本上都沿用美国阿贡实验室专利技术的液相共沉淀法制备层状富锂锰基正极材料。例如CN 101694876A公开了一种富锂锰基正极材料及其制备方法，该材料除锂与锰外还含有钴与铝、钛或镁与铜，其制备方法包括将镍、锰与这些金属的可溶性盐溶于去离子水中，让其溶液与碱液进行反应，生成一种前驱体沉淀，然后让其前驱体与锂化合物混合，再在高温下煅烧得到所述的富锂锰基正极材料。CN 102569774A公开了一种正极活性材料及其制备方法，该方法包括富锂锰基材料与硫酸盐混合物在温度300 1000°C下热处理l(Tl5h，得到正极活性材料前体；然后含硼化合物与正极活性材料前体混合物在温度300 1000°C下煅烧l(Tl5h，得到所述的正极活性材料。然而，液相共沉淀工艺过程繁琐，难以实现连续化生产、设备投入多、占地面积大，且生产三废较多(特别废液)对环境影响较大。因此，为了克服现有技术存在的诸多技术缺陷，本专利技术人在总结现有技术的基础上，通过大量实验研究，终于完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种富锂锰基材料。本专利技术的另一个目的是提供所述富锂锰基材料的制备方法，该方法具有操作简单、易于工业放大、连续化操作、可控制程度高等优点。本专利技术是通过下述技术方案实现的。本专利技术涉及一种富锂锰基材料的制备方法。该富锂锰基材料制备方法的步骤如下A、制备前驱体溶胶按照化学式XLi2MnO3 (I-X)LiMO2计量称取锂、锰、M的醋酸盐或硝酸盐，其式中0. 3 < X < 0. 7，M是一种或多种选自Ni、Co、Cr、Mn的过渡金属；将这些化合物溶于去离子水中，得到一种溶液；往所述的溶液中加入一种选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸、尿素、蔗糖或硬脂酸的分散齐U，在温度5(T85°C下搅拌I 3小时，所述分散 剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐重量计10 20% ；接着再加入一种选自聚丙烯酰胺、吐温-80或磷酸三丁酯的添加剂，所述添加剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐溶液总重量计0. 5 2. 0% ;搅拌混匀，然后让其混合物溶液静置5 8小时，再加入溶剂稀释得到一种前驱体溶胶；B、喷雾干燥让步骤A得到的前驱体溶胶通过喷雾干燥器的转盘式雾化器进行雾化，然后进入喷雾塔，在喷雾塔内温度240 350°C与喷雾塔出口温度高于110°C的条件下进行喷雾干燥，得到一种分散的前驱体粉末；C、高温煅烧将步骤B得到的分散前驱体粉末在温度800 1000°C下反应4 15小时，得到所述的富锂锰基正极材料。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐溶于去离子水中所得到溶液的浓度为2. 5 3. 5mol/L。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述分散剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐重量计14 16%。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的添加剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐重量计0. 8 I. 5%。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的溶剂是一种或多种选自水、无水乙醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮或煤油的溶剂。根据本专利技术的另一种优选实施方式，加入稀释溶剂的量是其混合物溶液体积的0. 8 2. 0 倍。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述喷雾干燥器的雾化器是转盘式雾化器或多流体雾化器。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述转盘式雾化器的转速为25000r/min以上。本专利技术还涉及采用所述制备方法所得到的富锂锰基材料。这种富锂锰基材料具有如下化学式(0. 3-0. 7) Li2MnO3 (0. 7-0. 3) LiNi0.5Mn0.502它具有六方层状晶体结构，属于R_3m空间群。下面将更详细地描述本专利技术。本专利技术涉及一种富锂锰基材料的制备方法。该富锂锰基材料制备方法的步骤如下A、制备前驱体溶胶按照化学式XLi2MnO3 (I-X)LiMO2计量称取锂、锰、M的醋酸盐或硝酸盐，其式中0.3 < X < 0. 7，M是一种或多种选自Ni、Co、Cr、Mn的过渡金属；将这些化合物溶于去离子水中，得到一种溶液。根据本专利技术，所述的锰应该是二价锰离子，所述的过渡金属M也应该是二价锰离子。所有这些 金属离子的醋酸盐或硝酸盐都是易溶于水的金属盐，也都是目前市场上销售的化学产品。根据本专利技术，除所述的醋酸盐或硝酸盐外，凡是能够溶于去离子水中，同时对其富锂锰基材料性能没有负面影响的其他无机盐也是可以使用的，当然也在本专利技术的保护范围之内。所述溶液的锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐浓度为2. 5 3. 5mol/L。如果其醋酸盐或硝酸盐浓度小于2. 5mol/L，则影响产能；如果其醋酸盐或硝酸盐浓度大于3. 5mol/L，则会产生沉淀影响溶液分散效果。因此，所述溶液的锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐浓度为2. 5 3. 5mol/L是合适的，优选地2. 8 3. 2mol/L，更优选地2. 9 3. lmol/L。往所述的溶液中加入一种选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸、尿素、蔗糖或硬脂酸的分散齐U。根据本专利技术，所述的分散剂应该理解是一种能够能显著降低界面自由能，使固体粉末均匀分散在液体中，并使其不会聚集的化学物质。除了所述的分散剂外，凡是具有这种性能，同时对其富锂锰基材料性能没有负面影响的化学物质也可以作为分散剂使用，当然，这些化学物质也应该属于本专利技术的分散剂，同样在本专利技术的保护范围之内。优选地，所述的分散剂选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸、尿素或蔗糖。更优选地，所述的分散剂选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸或蔗糖。所述分散剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐重量计10 20%。如果所述分散剂的添加量小于10%时，则达不到分散效果；如果所述分散剂的添加量大于20%时，则可能会造成粘度过高，分散效果改善不大反而造成原料浪费，因此，所述分散剂的添加量为10 20%是合适的，优选地是12 18%，更优选地是14 16%。在将所述分散剂加到所述的溶液后在温度5(T85°C下搅拌I 3小时，使其分散剂均匀地分散在含有锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐的溶液中。如果温度低于50°C，则原料溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富锂锰基材料的制备方法，其特征在于该制备方法的步骤如下：A、制备前驱体溶胶按照化学式xLi2MnO3·(1?x)LiMO2计量称取锂、锰、M的醋酸盐或硝酸盐，其式中0.3＜x＜0.7，M是一种或多种选自Ni、Co、Cr、Mn的过渡金属；将这些化合物溶于去离子水中，得到一种溶液；往所述的溶液中加入一种选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸、尿素、蔗糖或硬脂酸的分散剂，在温度50~85℃下搅拌1～3小时，所述分散剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐重量计10～20%；接着再加入一种选自聚丙烯酰胺、吐温?80或磷酸三丁酯的添加剂，所述添加剂的添加量是以所述锂、锰与过渡金属醋酸盐或硝酸盐溶液总重量计0.5～2.0%；搅拌混匀，然后让其混合物溶液静置5～8小时，再加入溶剂稀释得到一种前驱体溶胶；B、喷雾干燥让步骤A得到的前驱体溶胶通过喷雾干燥器的转盘式雾化器进行雾化，然后进入喷雾塔，在喷雾塔内温度240～350℃与喷雾塔出口温度高于110℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种分散的前驱体粉末；C、高温煅烧将步骤B得到的分散前驱体粉末在温度800～1000℃下反应4～15小时，得到所述的富锂锰基正极材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭孝东，钟本和，廖世宣，唐艳，刘恒，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：