[发明专利]LiCrxMn2-XO4的高温固相合成方法

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及一种电池正极材料LiCr_xMn_2-XO₄，尤其涉及一种电池正极材料LiCr_xMn_2-XO₄高温固相合成方法。

背景技术

众所周知，高温固相法合成LiMn₂O₄是现在电池企业普遍运用的方法，该方法合成条件、工艺简单，容易控制,合成的为尖晶石LMO结构，比容量125mAh/g.传统固相合成方法将锂的氢氧化物（或碳酸盐、硝酸盐）和猛的氧化物（碳酸盐、氢氧化物）充分混合，在高温下煅烧合成。

现有技术中，由于锂源和锰源在固相反映时未充分接触，导致合成产物纯度不高，合成产物电化学性能不够理想，特别是在锂电池放电后期Mn3+的浓度较高，在粒子表面易发生歧化反应：2Mn³⁺(固态)→Mn⁴⁺（固态）+Mn²⁺（液态），产生的Mn²⁺溶于电解液，泰勒效应加剧。这使得LMO容量严重衰减，缩减了电池的使用寿命。另一方面，在放电后期，由于锂的不均匀沉淀，会产生枝晶结构的突起，这种突起容易刺穿隔膜，产生短路现象，这有极大地安全隐患，再则，合成LiMn₂O₄导电性能差，使得锂离子不能正常的脱嵌和脱出，合成LiMn₂O₄在大电流充放电时，电化学性能不理想。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种合成高容量、循环性能优越、能大电流充放电的锂电池正极材料LiCr_xMn_2-XO₄的高温固相合成方法，包括以下几个步骤：

步骤A:将锂的化合物、锰的化合物及铬的化合物，按n(Li)：n(Mn)：n(Cr)=1.2：2-x：x的比例混合均匀，其中0≤X≤0.3;

步骤B:在球磨机研磨0.5-2小时;

步骤C:放在气氛炉中300-450℃预加热4-6小时;

步骤D:随炉冷却，再升温700-750℃煅烧40-72小时；

步骤E：降温至室温，获得黑色正极材料。

优选的，所述锂的化合物采用锂的氢氧化物、锂的碳酸盐和锂的硝酸盐中的一种。

优选的，所述锰的氧化物采用锰的碳酸盐或者锰的氢氧化物。

优选的，铬的化合物采用Cr₂O₃。

优选的，所述步骤C中，升温速率2--10℃/min。

优选的，所述步骤D中,升温速率为5--10℃/min。

优选的，所述步骤E中，降温速率2-7℃/min。

本发明还提供了一种正极极片的制备方法，包括：将所得到的正极材料与导电剂充分研磨混合，再与粘结剂混合形成正极极片。

优选的，n(正极物质)：n(导电剂):n(粘结剂)=(80±X):(10±X):(10±X),其中，X=5。导电剂采用导电炭黑，粘结剂为PVDF，负极采用锂片；电解液为1mol/L的LiPF6的EC/DNC（体积比为1：1）；隔膜为：Celgard2300。

本发明的有益效果是：

1.本发明制备的电池正极材料LiCr_xMn_2-XO₄容量高，循环性能优越，电池安全性能高，能大电流充放电。应用在手机，电脑，可移动电源等各类便携式设备和汽车，潜艇，航天器等各类在特殊环境下工作的仪器中。一方面能提高电池使用寿命，增加了设备续航时间，另一方面能经受特殊环境的考验。

2.本发明采用的工艺简单，制备条件容易控制，对设备的要求不高，并且所制备的电池价格低廉性能好。

附图说明

图1是LiCr_xMn_2-XO₄(A：x=0；B：x=0.1；C：x=0.2；D：x=0.3)在倍率充放电为2C的首次充放电曲线图

图2是LiCr_xMn_2-XO₄(A：x=0；B：x=0.1；C：x=0.2；D：x=0.3)在倍率充放电为5C的首次充放电曲线图