[发明专利]一种架状锰酸锂电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种电池材料的制备方法，具体涉及一种架状锰酸锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，空间技术、移动通信、航空航天、信息产业及军事军备等领域的快速发展带动了高储能、高性能化学电源（电池）的研究与开发，而由此引起了电池材料产业的巨大变革。锂离子电池因其优越的电化学性能、商比容量、长循环寿命、高能量密度以及放电电压高、体积小、环保绿色等特性在过去的十年内得到了迅猛发展。锂离子二次电池的质量比容量是镍镉二次电池的约2.5倍（镍氢的1.5倍），已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等便携式电器中，不久也将进入商业化动力电池领域，正因如此，电池重要组成部分的正极材料也成为当前该领域研究的热点之一。

在已开发的上述材料体系中：Li-Co-O因其电化学容量高、循环特性好、能量密度大等优点最早商业化，现仍是锂离子电池的主要材料；Li-Ni-O材料虽理论能量密度高，但因循环性能差、安全性低及稳定性差等因素仍停留在实验室研究阶段；Li-Mn-O系列材料以其原材料资源丰富、成本低（Mn/Co约为1/40～1/20）、安全性好、无环境污染、易制备等优点成为当前的研究热点。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，目前市场产品均为此种结构。基于尖晶石型LiMn₂O₄正极材料所具备的资源丰富、无毒、安全及制备简单、技术较成熟等优点而成为最具竞争力的新一代商用锂离子二次电池的正极材料之一，但目前市场上存在的锰酸锂材料因其所具有的较少的嵌锂空间、离子扩散路径长等缺点而大大限制了其产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种架状锰酸锂电池正极材料的制备方法，制备得到的架状锰酸锂电池正极材料具有密集和巨大的网面结构，显著提高锰酸锂材料中嵌锂空间密度、缩短离子扩散路径，从而加速电池反应中载流子的传递、转移，提高电池材料的电化学性能，解决了现有锰酸锂材料因其所具有的较少的嵌锂空间、离子扩散路径长等缺点而大大限制了其产业化的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种架状锰酸锂电池正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：配制金属盐混合溶液；

步骤2：配制络合剂混合溶液；

步骤3：混合溶液反应后处理。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1配制金属盐混合溶液，具体按照以下步骤实施：称取金属盐溶于去离子水中，制备得到质量-体积浓度为0.2g/mL-0.3g/mL的金属盐混合溶液。

其中的金属盐由锰盐和锂盐按照质量比为19：4组合而成。

其中的锰盐采用乙酸锰、硝酸锰或氯化锰中的一种或两种以上的混合物。

其中的锂盐采用乙酸锂、LiNO₃或LiCl中的一种或两种以上的混合物。

其中的步骤2配制络合剂混合溶液，具体按照以下步骤实施：称取间苯二酚和甲醛，将间苯二酚溶于去离子水中，搅拌，向间苯二酚溶液中缓慢加入甲醛，制备成络合剂混合溶液。

其中的间苯二酚溶于去离子水后，质量-体积浓度为0.25g/ml-0.30g/ml。

其中的间苯二酚溶液与甲醛的体积比为40：9。

其中的步骤3混合溶液反应后处理，具体按照以下步骤实施：将步骤1得到的金属盐混合溶液加入到步骤2得到的络合剂混合溶液中，金属盐混合溶液与络合剂混合溶液的体积比为1：2-1：1，常温搅拌0.5～3.0h，利用氨水调控体系pH=5.5～8.5，持续搅拌的条件下进行80℃油浴0.5～2.5h，离心并用无水乙醇和去离子水依次清洗，干燥，得到棕褐色的粉体，将粉体置于马弗炉中于空气气氛煅烧处理，得到架状锰酸锂电池正极材料。

其中的煅烧处理升温制度为：300℃以前升温速率为2℃/min，300℃至500℃升温速率为1℃/min，并于500℃保持2小时，随后自然冷却至室温。