[发明专利]一种测定锰酸锂材料性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料性能测定方法，特别涉及一种测定锰酸锂材料性能的方法。

背景技术

锂离子电池从二十世纪九十年代初日本索尼公司发明以来得到了飞速发展，目前应用范围已从移动通讯电源、数码照相摄像机、笔记本电脑等扩大到大型储能电池、电动工具、电动汽车等领域，锂电池的高比特性、价廉和环保等发展趋势明显，这些得益于电极材料的改进和创新。

LiMn₂O₄（锰酸锂）作为一种锂离子电池用正极材料，其具有成本低廉、合成条件简易、比性能好等优势，得到了广泛的应用，特别是近年来，动力电池的兴起，以日韩为代表的诸多锂电池厂家开始将其作为正极材料使用在车用动力电池中。LiMn₂O₄是一种尖晶石结构的材料，原则上，LiMn₂O₄在八面体位置上有锰原子，而在四面体位置上有锂原子，也有研究认为部分锂原子分布在16c八面体的位置上。而且Mn₂O₄的结构为锂离子的传送提供了空间，保持其结构在Li_xMn₂O₄成分范围之内，通常0<x<1。因此，Mn的平均价态就会发生渐次增高，例如，分别从3.5升到4.0。当脱取出Li，Mn³⁺就会被氧化成Mn⁴⁺，而且只有Mn³⁺离子对4V的容量有贡献。然而，研究发现如果锂离子的含量x<0.25，在4V时就不能被脱出。这一点反映在开路电压（OCV）有强烈升高。因此，这就导致了尖晶石材料的容量小于理论容量，例如理论容量是148mAh/g，而尖晶石材料实际给出的容量大约是120mAh/g。另外，LiMn₂O₄的精确化学计量在现行锂离子电池系统中不稳定。为了提高尖晶石材料的稳定性，以改善其电化学性能，在合成时加入过量的锂，也是研究者通常要做的事情。传统方法评估测试材料的性能往往需要制备成电池，然后通过充放电设备来进行测试其电性能，这一方法既耗时费力，浪费大量相关材料，测试周期又很长，极大限制了材料使用者和研发者对材料性能优劣的及时知情权，造成后续电池和材料研发工作不能及时开展。

发明内容

本发明的目的在于克服传统测试方法的缺点，提供一种测定锰酸锂材料性能的方法，以解决测试费时和测试周期长的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测定锰酸锂材料性能的方法，包括以下步骤：

1）测定锰酸锂材料pH值：

按质量份数在50-200份水中加入1-5份锰酸锂粉末，混合均匀，得混合液，用单位为mV的pH计测定混合液的pH值；

2）对锰酸锂材料进行化学脱锂：

搅拌混合液，并向混合液中以1-5mL/s的速度滴定1mol/L的硫酸，加入的硫酸与步骤1）中加入的锰酸锂中锂元素的摩尔比为2:1，用单位为mV的pH计测定滴定后混合液的pH值；

3）导出锰酸锂材料的实际容量

根据公式nF△E=-RTlnK_eq，计算出n的值，n×锰酸锂的理论容量即为锰酸锂材料的实际容量，

其中K_eq＝0.0125，△E为步骤2）与步骤1）中测得的pH值的电位差，F为法拉第常数，R=8.314J/(mol·K)，T为滴定时混合液的绝对温度。

所述的步骤1）中加入水中的锰酸锂粉末的化学式为Li_1+δMn_2-δO₄，其中δ的取值范围为0≤δ≤0.1。

所述的步骤2）在20-40℃的温度下进行。

所述的步骤2）中搅拌为用搅拌棒以5-15转/min的转速搅拌。

所述的步骤1）和步骤2）中使用的pH计为Ag/AgCl电极的Metrohm pH计。

所述的Ag/AgCl电极的Metrohm pH计的电解质溶液为3mol/L的KCl。

相对于现有技术，本发明具有的有益效果为：