[发明专利]提高锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4容量和循环性能的方法

说明书

背景技术

目前商业应用最多的锂离子电池正极材料是LiCoO₂，由于钴是稀有金属，价格昂贵，并且钴对环境有一定的污染，因此一直以来研究人员都在致力于寻找更理想的正极材料。LiMn₂O₄具有尖晶石结构，不但对环境无污染、安全性好，而且储量丰富、价格便宜，可以降低锂离子电池的成本，尖晶石LiMn₂O₄材料同时也是高功率型锂离子动力电池的候选材料。然而，尖晶石LiMn₂O₄在大规模应用上还存在许多问题，当前尖晶石LiMn₂O₄研究的主要内容是如何解决尖晶石LiMn₂O₄的循环性能尤其是高温循环容量衰减问题。尖晶石LiMn₂O₄制备原料中由于纯度的问题不可避免会含有一定量的化学杂质，在尖晶石LiMn₂O₄材料的制备过程中也有可能出现一些化学杂质(例如Fe)；通过对尖晶石LiMn₂O₄掺杂阴、阳离子，有利于稳定材料晶体结构，提高材料的循环性能，但是掺入的杂质元素往往不能完全按照设计要求有效的进入到晶格之中，因此可能会出现多余的化学杂质。在尖晶石LiMn₂O₄材料中Na含量通常为0.5％左右，S含量为0.4％左右，Ca、Fe、Mg等元素含量在0.01％以上。由于锂离子电池正极电极电位较高(约为0-1.5V，相对于标准氢电极)，负极电极电位较负(约为-3.0V左右，相对于标准氢电极)，尖晶石LiMn₂O₄中化学杂质可能在正极发生氧化而溶解于电解液中，电解液中金属杂质离子到达负极还原成金属。尖晶石LiMn₂O₄中由于Mn的溶解以及材料结构不稳定而导致的容量衰减问题与材料中所含有的某些化学杂质之间有一定的联系，由于化学杂质产生的副反应会加快电池的自放电速度。杂质元素会降低LiMn₂O₄放电容量及恶化循环性能。目前对LiMn₂O₄的研究主要通过掺杂改性与表面包覆来改善电化学性能，尚未见LiMn₂O₄清洗去除杂质的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池正极材料LiMn₂O₄容量及循环性能的方法。本发明的方法解决锂离子电池用正极材料尖晶石LiMn₂O₄存在的化学杂质问题，提高尖晶石LiMn₂O₄材料的放电容量及循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明采取下述技术方案：

一种提高锂离子电池正极材料尖晶石LiMn₂O₄容量和循环性能的方法，其特征在于，将尖晶石LiMn₂O₄材料浸泡在去离子水或有机溶剂中，搅拌1-5小时；再在20-80℃温度条件下进行超声分散1-5小时；之后离心分离；分离后的固体再反复清洗2-5次，最后烘干，即得到处理后的尖晶石LiMn₂O₄材料。

所述的有机溶剂为无水乙醇、丙酮、乙醚、甲醇或异丙醇。

所述的烘干的温度为80-150℃，烘干的时间为10-20小时。

在超声分散过程中，超声波的频率范围20-50KHz，超声波的功率范围50-150W。

尖晶石LiMn₂O₄材料浸泡在去离子水或有机溶剂中搅拌，所使用的水或有机溶剂均为室温条件下的水或有机溶剂。

对于得到处理后的尖晶石LiMn₂O₄材料，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测试LiMn₂O₄材料中主要杂质Na、S含量，测试材料电化学性能。