[发明专利]一步法制备层状锰酸锂材料

说明书

技术领域

本发明涉及一步法制备层状锰酸锂材料的方法，具体属于固相合成锂离子电池正极材料制备的技术领域。

背景技术

锂离子电池以其高电压、高能量密度、循环寿命长等优点在电脑、相机和移动电话等便携式电子设备上已经得到了广泛的应用。其性能的进一步提高的关键在于正极材料，因此最近对正极材料的研究是一个热点。正极材料的研究主要集中在层状的LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂，尖晶石型LiMn₂O₄和橄榄石型的LiFePO₄、LiMnPO₄等。其中Li-Mn-O系正极材料以其无毒、资源丰富、价格便宜等优点得到了研究者的广泛关注。与尖晶石型的LiMn₂O₄（148 mAh/g）相比，层状的LiMnO₂（285 mAh/g）具有更高的理论比容量，是一种高能量密度锂离子电池关键正极材料之一，成为当前的研究焦点。

制备层状LiMnO₂的主要方法有高温固相法、离子交换方法（Li⁺与NaMnO₂中Na⁺交换而形成LiMnO₂）、水热合成法和溶胶-凝胶法等，但固相合成层状LiMnO₂材料须在氩气或氮气等保护气氛中制备。

本发明所提出的层状LiMnO₂材料的制备方法，不需保护气氛，在开放空气气氛中即可制备，具有操作简单、合成速度快的特点。

发明内容

本发明旨在提供一种在无保护气氛中制备层状LiMnO₂材料的方法。

本发明的技术方案如下：本发明采用碳酸锂和碳酸锰为原料，先将碳酸锂和碳酸锰混合均匀，预先把马弗炉加热到设置的温度，再把盛有碳酸锂和碳酸锰混合反应物原料的坩埚放入马弗炉中，煅烧保温1h，最后取出装有产物的坩埚在空气中冷却到室温，即得到层状LiMnO₂材料。具体合成步骤如下：

（1）按比例称取碳酸锂和碳酸锰反应物，添加适量无水酒精将锂锰碳酸盐球磨混合均匀，在60 ℃烘干得反应混合物原料；

（2）将所述反应混合物原料放入预热恒温的马弗炉中加热煅烧保温，空气冷却，即可得到层状LiMnO₂材料。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应物混合料中锂的物质的量要略高于锰，具体Li:Mn＝1.00~1.20 : 1.00，所述锂的物质的量优选为1.05。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先把马弗炉预热到500~800 ℃，所述预热恒温的温度优选为700 ℃。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅烧保温0.5~3 h，所述时间优选为1 h。

根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气冷却为煅烧保温结束后，直接从马弗炉中取出，置于空气中冷却，即得到层状LiMnO₂材料。

附图说明：

图1是在700℃煅烧保温1h空气冷却条件下合成产物的XRD图。a. Li : Mn=1.05:1.00，b. Li : Mn=1.10 : 1.00。

具体实施方案：

以下结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1：

称量10.0g混合均匀摩尔比为Li : Mn=1.05 : 1.00的碳酸锂和碳酸锰混合反应物原料置于坩锅中，置于恒温为700℃的马弗炉中，关闭马弗炉炉门，煅烧保温1h，取出放置于空气中冷却至室温，得最终产物。其产物的XRD图谱如图1a。

实施例2：

称量10.0g混合均匀摩尔比为Li : Mn=1.10 : 1.00的碳酸锂和碳酸锰混合反应物原料置于坩锅中，置于恒温为700℃的马弗炉中，关闭马弗炉炉门，煅烧保温1h，取出放置于空气中冷却至室温，得最终产物。其产物的XRD图谱如图1b。