[发明专利]尖晶石材料的制造

说明书

技术领域

本发明涉及一种尖晶石材料的制造，尤其涉及一种适合于在锂离子电化学电池中作为阴极的锂镍锰氧化物尖晶石材料的生产工艺。

背景技术

锂离子电池被视为下一代的储能装置，用于例如混合动力汽车、笔记本电脑和手机等多种日常应用中。一种特殊的锂镍锰氧化物尖晶石材料，LiMn_1.5Ni_0.5O₄，由于其高工作电压(约4.8V)及其高固有倍率性能，作为锂离子电化学电池的阴极材料，受到了主流研究的关注。尽管LiMn_1.5Ni_0.5O₄有很多优点，但在高效率的使用中仍遇到很多障碍。例如，由于Li_yNi_1-yO(一种杂质)为第二相，会对电化学性能产生负面影响，故人工合成纯净的、化学计量的LiMn_1.5Ni_0.5O₄十分困难。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的工艺以生产或合成LiMn_1.5Ni_0.5O₄，并提高LiMn_1.5Ni_0.5O₄的电化学性能。

一种生产锂镍锰氧化物尖晶石材料的工艺，包括以下步骤：

将溶液维持在高温T1，直至该溶液形成胶体，其中该溶液包括溶解的锂化合物、溶解的锰化合物、溶解的镍化合物、羟基烃酸、多羟基醇以及，可选择地，另外的金属化合物，T1低于该溶液的沸点；

将该胶体维持在高温，直至该胶体点燃并燃烧成Li-Mn-Ni-O粉末；

煅烧该Li-Mn-Ni-O粉末，以燃尽该粉末中的碳和/或其他杂质，从而获得煅烧后的粉末；

可选择地，对该煅烧后的粉末进行微波处理，以获得处理后的粉末；

对该煅烧后的粉末或该处理后的粉末进行退火，以使该粉末结晶，从而获得退火后的材料；以及

可选择地，对个退火后的材料进行微波处理，其中，该工艺中至少进行过一次微波处理，从而获得锂镍锰氧化物尖晶石材料。

因此，在煅烧后的材料经过微波处理，且退火后的材料没有经过微波处理时，退火后的材料就是本工艺的产品锂镍锰氧化物尖晶石材料。然而，在煅烧后的材料没有经过微波处理时，则退火后的材料将被微波处理，因而微波处理后的材料就是本工艺的产品锂镍锰氧化物尖晶石材料。自然地，如果期望，对煅烧后的材料的微波处理和对退火后的材料的微波处理可以二者都采用。

在本发明的一个实施例中，锂镍锰氧化物尖晶石材料可以是无掺杂的。则该锂镍锰氧化物尖晶石材料，尤其是LiMn_1.5Ni_0.5O₄，如前所述，特别适合用作锂离子电池或电池组的阴极材料。

然而，在本发明的另一个实施例中，锂镍锰氧化物尖晶石材料也可以是有掺杂的。这种掺杂的作用是控制最后的晶格结构中的Mn³⁺的数量或者无序度，如下文所述，其主要目的是改善尖晶石材料的其他特性，例如循环稳定性。

锂镍锰氧化物尖晶石材料可以是规则的，即不会氧缺位。然而，相反的，本发明的工艺生产的尖晶石材料可以是不规则的或氧缺位的。

例如，该锂镍锰氧化物尖晶石材料可能是LiMn_1.5Ni_0.5O_4-δX_δ，其中δ<1，且X是例如氟化物的阴离子。这种化合物有掺杂且不规则。

该工艺可以包括形成锂化合物、锰化合物、镍化合物、羟基烃酸和多羟基醇的溶液。则该溶液的配方可以包括混合溶解于溶剂中的锂化合物的溶液、溶解于溶剂中的锰化合物溶液、溶解于固体的镍化合物的溶液、羟基烃酸和多羟基醇。