[发明专利]正极材料Li1-x-yNaxKyMn2O4制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种新型锂离子电池正极材料，具体涉及一种正极材料Li1-x-yNaxKyMn2O4的制备方法。

背景技术

将其它类化学能转换成电能的装置主要包括二次电池，一次电池和燃料电池。二次电池体系较多，如镍氢电池、铅酸电池、液流电池和锂离子电池。二次电池的工作方式是，充电时将电能转换成化学能，放电时则将化学能转换成电能。

其中，锂离子电池是最常用的一种二次电池，具有单体电池电压高、能量密度高的优点，目前在小型便携式电子设备中获得广泛应用，在未来锂离子二次电池很有可能在大型动力电池中获得广泛应用。

各种锂离子二次电池正极材料中，获得广泛商业化应用的是钴酸锂，其次是锰酸锂。

钴酸锂的价格较昂贵，安全性能还不是很好，这两点会妨碍钴酸锂的大规模使用。锰酸锂的优点是循环性能比较好，工作电压适中，适合于目前的电解液体系，价格便宜。不过也有它自身的缺点，即高温下循环性能比较差。

一般认为锰酸锂高温循环稳定性差的原因有二，一是锰元素的溶解，再就是材料中JT效应引起的结构变形在温度升高以后会更加严重。

基于该材料性能衰减的机理，就存在两种改进其循环稳定性的战略，从抑制锰元素的溶解并减轻材料中的JT变形着手。常用的方法是利用其它杂质金属元素部分取代其中的锰元素，即LiMn2-xMxO4，其中的M是其它元素。

还有一种方法十分少见，目前还未见公开的文献报道，即采用取代部分锂金属的方式，取代的元素为钠和钾。由于钠离子和钾离子半径大于锂离子，适当的掺杂钠离子和钾离子后，晶格中的钠离子与钾离子可以增大晶格常数，提高晶格中锰离子之间的距离，减弱JT变形效应，从而达到改进该材料循环稳定性的目的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型锂离子电池正极材料Li1-x-yNaxKyMn2O4的制备方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种正极材料Li1-x-yNaxKyMn2O4的制备方法，以钠离子、钾离子中的一种或两种来部分取代锰酸锂LiMn2O4中的锂元素，并包括以下步骤：先将锂、钠、钾、锰元素以摩尔比的计量比称量锂盐、钠盐、钾盐、锰源，后将原材料充分混合，经高温处理12-36小时后冷却，通过高温固相反应方法合成Li1-x-yNaxKyMn2O4电极。

进一步的，所述Li1-x-yNaxKyMn2O4中0<x,y<0.1。

进一步的，所述原材料混合方式为传统机械球磨方式。

进一步的，所述原材料混合方式为通过溶胶凝胶方法的混合方式。

进一步的，所述高温处理过程为先在200-300度的氮气环境下预烧，然后再在700-950度的氧气环境下烧结。

进一步的，所述锂盐为醋酸锂、草酸锂、碳酸锂中的一种。

进一步的，所述钠盐包括碳酸钠、草酸钠、醋酸钠中的一种。

进一步的，所述钾盐为醋酸钾。

进一步的，所述锰源为醋酸锰、草酸锰、二氧化锰、三氧化二锰中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、钠离子与钾离子在地球上的含量高，价格相对便宜，有些用于部分取代锰元素的杂质金属的价格比较贵重。

2、材料合成制备方法简单，采用其他金属部分取代元素锰时，有时候需要严格的制备条件。

3、更加环保，无污染。钠离子与钾离子是日常生活环境中常见的金属离子，材料生产中不会引起额外的环境污染，而用于取代锰元素的其他金属，一般都具有污染性，有些还有明显毒性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明。

具体实施方式

下面将结合实施例，来详细说明本发明。

实施例1：

    Li0.8Na0.1K0.1Mn2O4