[发明专利]一种尖晶石型锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种尖晶石型锰酸锂的制备方法。

背景技术

尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)的主体结构是由氧离子作规则的立方紧密堆积组成，锂离子和锰离子分别占据在四面体和八面体空隙中。它的最简式为LiMn₂O₄，实际上该晶体完整的单胞形式是Li₈Mn₁₆O₃₂，具有(No.227)的空间群，32个氧离子占据立方体的32e位置，它们做立方密堆积(FCC)，形成64个四面体间隙和32个八面体间隙。锂离子占据其中1/8的四面体间隙，并且占据8a位置。从整体上看，锂离子分布在锰氧八面体周围的三维孔道中，这种尖晶石结构有利于锂离子的嵌入和脱出，从而保证它在孔道中的迁移，使其充放电过程具有良好的循环性能。

由于尖晶石型锰酸锂具有安全性好、无环境污染、工作电压高、成本低廉等优点，有望成为最具市场前景的锂离子电池正极材料。自20世纪80年代中后期开展对锰酸锂的研究以来，围绕其制备、合成、电化学性质研究的文献报道很多，制备LiMn₂O₄的方法也多种多样，主要可分为固相合成法和软化学方法。所述固相合成法包括固相高温合成法、机械化学法、熔融浸渍法、微波合成法等。

在现有技术中，由于固相高温合成法是一种常用的方法。在该方法中，将锰原料和锂原料混合在700℃～950℃的高温环境中持续反应12～24小时进行合成，大多数情况下需要控制反应气氛。虽然该方法具有工艺简单、制备条件容易控制的优点，但是反应时间过长，不利于工业推广应用。

本发明人曾经采用加热分解乙炔黑和Mn(NO₃)₂的混合物制备出质量良好的β-MnO₂纳米离子，其反应温度相比于加热分解单独的Mn(NO₃)₂的温度要低，说明碳可能有降低反应温度的作用。因此，本发明人考虑，如果以碳作为反应载体制备尖晶石型锰酸锂，则可以降低反应温度，缩短反应时间，由此完成了本发明。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种制备尖晶石型锰酸锂的制备方法，通过该制备方法，以较短的反应时间来得到尖晶石型锰酸锂。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种尖晶石型锰酸锂的制备方法，包括：

使锂盐和锰盐负载在碳颗粒表面；

焙烧所述负载有锂盐和锰盐的碳颗粒。

优选的，所述焙烧所述负载有锂盐和锰盐的碳颗粒的焙烧温度为400℃～1000℃。

优选的，所述焙烧所述负载有锂盐和锰盐的碳颗粒的焙烧温度为500℃～800℃。

优选的，所述制备方法，还包括：

将所述焙烧所述负载有锂盐和锰盐的碳颗粒得到的焙烧产物进行洗涤、过滤、干燥的步骤。

优选的，使所述锂盐和锰盐负载在碳颗粒表面具体为：

将所述锂盐和锰盐溶于可挥发性液体得到混合溶液；

所述混合溶液中加入碳颗粒；

去除所述混合溶液中的可挥发性液体得到负载有锂盐和锰盐的碳颗粒。

优选的，所述可挥发性液体为水。

优选的，所述锂盐为硝酸锂、氯化锂、乙酸锂、硫酸锂或碳酸锂中的一种或多种。

优选的，所述锰盐为硝酸锰、氯化锰、乙酸锰、硫酸锰或碳酸锰中的一种或多种。

优选的，所述碳颗粒为炭黑、活性炭粉、焦炭粉、木炭粉中的一种或多种。

优选的，所述碳颗粒的粒径小于1mm。

本发明提供尖晶石型锰酸锂的制备方法，本发明先将锂盐和锰盐负载在碳颗粒的表面，然后焙烧所述负载有锂盐和锰盐的碳颗粒即得尖晶石型锰酸锂。与现有技术中的固相反应法相比，本发明采用碳颗粒作为反应载体，大大缩短了反应时间并且降低了反应温度，结果表明，制备了纯度高、颗粒形貌良好的尖晶石型锰酸锂晶体。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的尖晶石型锰酸锂的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例2制备的尖晶石型锰酸锂的SEM照片；

图3为本发明实施例2制备的尖晶石型锰酸锂的X射线衍射图谱；

图4为本发明实施例3制备的尖晶石型锰酸锂的X射线衍射图谱；

图5为本发明实施例4制备的尖晶石型锰酸锂的X射线衍射图谱；

图6为本发明实施例5制备的尖晶石型锰酸锂的X射线衍射图谱；