[发明专利]锂离子电池正极材料硅酸锰锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其设计一种新型锂离子电池正极材 料——硅酸锰锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，由于其高能密度、高功率、良 好的循环性能广泛应用于各类便携式电子产品领域。随着全球经济的发展， 能源问题已经相当突出，因此汽车动力对锂离子电池的需求已经十分紧迫。

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，目前商用的正极材料 以LiCoO₂为主，但是由于LiCoO₂中钴的资源短缺，价格昂贵，具有毒性， 对环境有一定污染，因此不能适应大型动力电池的要求。LiMn₂O₄虽然成本 低廉，但循环性能差，安全性也较差。1997年开始，许多研究小组报道了 LiMPO₄(M＝Fe，Mn，Co，Ni)锂离子电池正极材料，发现这是一类很有前 途的正极材料。然而，LiFePO₄材料的电子电导率与振实密度很难同时提高， 难以满足新一代大容量锂二次电池的需要。2006年，R.Dominko及其研究小 组采用改进溶胶凝胶法，利用传统的柠檬酸作为络合剂首次合成了 Li₂MnSiO₄正极材料，得到较为理想的电化学性能。Li₂MnSiO₄属正交晶系， 空间群Pmn2₁，晶格常数a＝6.3109(9)，b＝5.3800(9)，c＝4.9662(8)与Li₃PO₄的低温结构相似。在Li₂MnSiO₄晶体中，Li、Si、Mn都与O形成四 面体结构。由于硅酸盐具有原料易得及低成本等诱人的特点，Li₂MnSiO₄又 具有理论容量高，循环电压可接受等优点，因此被认为是非常有潜力的锂离 子电池正极候选材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型锂离子电池正极活性材料硅酸锰锂的 制备方法，该方法制备的硅酸锰锂导电性能好、电化学性能优良，且操作简 便、易于控制、成本低廉。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种锂离子电池正极材料硅酸锰锂的制备方法，其特征在于，包括下列 步骤：

1)按比例将原料锂盐、锰盐、二氧化硅、添加剂混合，且使Li∶Mn∶ Si的摩尔比为(1.9-2.1)∶(0.95-1.05)∶1，添加剂的加入量为混合物总质 量的1～30％；

2)将均匀混合的原料放入热处理设备中，在流速为100～5000ml/min的 惰性气体保护中加热处理，升温速率为1～20℃/min，带热处理温度升至 250～350℃时，保持温度不变，恒温加热1～30小时，然后继续升温，在 800～1000℃的范围内，热处理10～48小时，然后降至室温，得到硅酸锰锂材 料。

由于本发明中在硅酸锰锂的合成过程中采用了添加剂，这些添加剂通 过混合均匀分散到材料颗粒之间，添加剂主要起到两个作用：一是抑制硅酸 锰锂单个颗粒的生长，减小单个颗粒的粒径。二是添加剂热解以后形成的热 解炭可以包覆于颗粒表面或存在于颗粒之间，从而有效地改善颗粒之间的导 电性能。所以在合成过程中加入添加剂可以得到粒径小、导电性能好、电化 学性能优良的硅酸锰锂材料。

本发明具有以下优点：

1、原材料来源广泛，无污染，成本低；

2、材料的制备工艺简单、安全性高；

3、所制备的硅酸锰锂具有较为理想的形态和粒度分布；

4、所制备的硅酸锰锂具有良好的电化学性能；

5、本发明所涉及的正极材料可广泛应用于各类锂离子电池中，包括各 类移动电子产品和电动交通工具。

附图说明

图1是发明人给出的实施例1所制备的硅酸锰锂样品的X-射线衍射花样， 采用日本Rigaku公司D/MAX-2400型X射线衍射仪，Cu Kα靶为辐射源，电 压为46kV，电流为100mA，步长为0.02，扫描速度为10(°)/min，扫描范 围(2θ)为3°～90°。

图2是利用日本电子公司JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(FESEM) 拍摄的实施例1所制备的硅酸锰锂样品的扫描电镜图片。