[发明专利]一种包覆ZnO正极材料LiMn2O4的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种经过表面改性的锰酸锂正极材料，具体是采用葡萄糖辅助低温燃烧制备ZnO包覆型LiMn₂O₄，属于能源新材料技术领域。

背景技术

目前对锂离子电池正极材料的研究主要有层状结构的LiCoO₂与LiNiO₂、橄榄石型LiFePO₄和尖晶石型LiMn₂O₄三种类型。其中LiCoO₂正极材料已商品化，研究最为成熟，但是由于Co资源储存有限、价格昂贵、有毒等缺点限制其广泛应用。且在锂离子电池成本中，正极活性物质LiCoO₂占40%，从成本和环境角度考虑，因此，寻找替代材料成为当务之急。而尖晶石型LiMn₂O₄正极材料以其资源丰富，成本低，易制备，安全性好以及环境友好等优点，且具有与碳负极互补的体积效应。将成为一种最有可能替代商品化LiCoO₂的正极材料之一。尤其对于动力电池，锰酸锂具有广泛应用前景，成为锂离子电池的研究热点。

尖晶石LiMn₂O₄在充放电循环过程中，其容量会迅速衰减，尤其在高温环境下的容量衰减尤为严重。这使得尖晶石LiMn₂O₄的寿命变短，严重地制约着其商业化的进程。科学研究发现，造成尖晶石LiMn₂O₄容量衰减的原因主要可以归结为以下几点：1）Jahn-Teller效应；2）Mn的溶解；3）氧缺陷。为此需对尖晶石LiMn₂O₄进行改性研究，目前，对尖晶石LiMn₂O₄的改性研究主要集中于（1）改进合成工艺，（2）离子掺杂，（3）表面包覆。ZnO包覆是一种表面修饰改进方法，即在电极材料的表面包覆一层物质，减小电极材料比表面积，同时只有Li^＋才可以自由通过该包覆层，电解质不能通过该包覆层，这样可以减少Mn的溶解和抵抗电解液的侵蚀，从而降低材料的容量衰减。目前国内外对尖晶石型LiMn₂O₄进行表面改性研究的有：

Ⅰ. LaF₃表面包覆LiMn₂O₄。QuanqiChen, Yaobin Wang, Tingting Zhang, et al. Electrochemical performance of LaF₃-coated LiMn₂O₄ cathode materials for lithium ion batteries[J]. Electrochimica Acta, 2012, 83 : 65-72.

Ⅱ. Ag包覆LiMn₂O₄。Wen-Jia Zhou, Ben-Lin He, Hu-Lin Li. Synthesis, structure and electrochemistry of Ag-modified LiMn₂O₄ cathode materials for lithium-ion batteries[J]. Materials Research Bulletin, 2008, 43 : 2285–2294.

Ⅲ. V₂O₅表面包覆LiMn₂O₄。Hai Ming, Yuerong Yan, Jun Ming, et al. Gradient V₂O₅ surface-coated LiMn₂O₄ cathode towards enhanced performance in Li-ion battery applications[J]. Electrochimica Acta, 2014, 120 : 390–397.