[发明专利]锂离子电池的富锂锰酸锂正极材料的溶胶凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的富锂锰酸锂正极材料的溶胶凝胶制备方法。

背景技术

锂锰尖晶石通常用作锂离子电池正极材料的电化学活性组分。然而，这种锂离子电池在第一个充电循环过程中，电容量存在一个明显的、有害的不可逆损失。最初的解决这个问题的方法是简单地增加正极的质量，用来补偿第一次循环过程中锂在石墨负极上的损失。但是，增加正极质量，会增加成本，而没有提高能效，因此不是有效的改进方法。为了补偿所述的锂损失，且不改变电池的质量或体积特性，制备富锂的锂锰尖晶石结构是一种可行的补偿锂损失的方法。富锂材料的锂过量，不仅补偿与负极里最初的锂损失，而且储存平衡负极可逆容量所需要的锂，并且维持电池中有用的能量水平。

目前关于富锂锰酸锂正极材料的制备方法主要有：

连芳等人的“一种改进的低热固相反应制备层状富锂锰镍氧化物的方法”（CN 102219262A），提出将氢氧化锂、乙酸锰、乙酸镍和二水草酸按比例球磨，焙烧得到最终产物Li_1+xMn_yNi_1-x-yO₂。但该专利采用球磨混料得到的产物，混合不均匀，限制电池正极材料性能的进一步提高。

冯胜雷等人的“一种掺杂的富锂的尖晶石型锂锰氧的制备方法”（CN 101117234A），提出将含锰化合物、含掺杂金属化合物和一部分含锂化合物混合均匀后焙烧，得到一段焙烧产物，再将一段焙烧产物与剩余的含锂化合物混合，进行二段焙烧，得到产物。但该专利采用二次焙烧法，将各种原料烧结成正极活性材料，混合不均匀，不能保证批次产品的质量均等。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池的富锂锰酸锂正极材料的溶胶凝胶制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种锂离子电池的富锂锰酸锂正极材料的溶胶凝胶制备方法，包括以下步骤：

1）将二价锰盐和氢氧化锂，按摩尔比（0.5-1）:1加入水中，Li⁺的摩尔浓度为1-3mol/L；

2）在上述混合物中加入还原性酸，还原性酸和上步的金属离子的摩尔比为（0.5-1）:1；

3）用氨水调节上步得到的体系的pH为8-8.5；

4）将上步得到的体系加热到100-150℃，恒温30-60min，得到凝胶；

5）向上步得到的凝胶中加入锰酸锂固体，加热至100-150℃，恒温烘干1-5h；

6）将步骤5）得到的凝胶加热至300-400℃，恒温2-4h，再加热至500-800℃，恒温5-8h，即得到产品，其中，步骤1）的氢氧化锂与锰酸锂的摩尔比为1:2-20。

步骤1）中，所述的二价锰盐为乙酸锰、氯化锰、硫酸锰的一种。

步骤2）中，所述的还原性酸为柠檬酸、草酸、酒石酸的一种。

本发明的有益效果是：

（1）将锰酸锂溶于富锂凝胶中，先混合均匀，再进行烧结，可以得到混合均匀的富锂锰酸锂材料。解决了传统工艺采用球磨混料或者直接焙烧造成的反应物混合不均匀的问题。

（2）加入还原性酸，能够有效地防止二价锰被氧化，维持富锂锰酸锂的结构前后完整，保证正极材料的性能良好。

（3）本专利提供的方法环境友好，安全性高，成本低。采用该方法制得的富锂正极材料比容量高，稳定性好。

附图说明

图 1为以富锂锰酸锂为正极材料的电池与以常规锰酸锂为正极材料的电池的比容量-循环次数曲线图。

具体实施方式

一种锂离子电池的富锂锰酸锂正极材料的溶胶凝胶制备方法，包括以下步骤：

1）将二价锰盐和氢氧化锂，按摩尔比（0.5-1）:1加入水中，其中，Li⁺的摩尔浓度为1-3mol/L；

2）在上述混合物中加入还原性酸，还原性酸和上步的金属离子的摩尔比为（0.5-1）:1；

3）使用氨水调节上步得到的体系的pH为8-8.5；

4）将上步得到的体系加热到100-150℃，恒温30-60min，得到凝胶；

5）向上步得到的凝胶中加入锰酸锂固体，步骤1）的氢氧化锂与锰酸锂的摩尔比为1:2-20，加热至100-150℃，恒温烘干1-5h；

6）将步骤5）得到的凝胶加热至300-400℃，恒温2-4h，再加热至500-800℃，恒温5-8h，即得到产品。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：