[发明专利]无定形态Al2O3包覆LiMn2O4的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种表面改性的锰酸锂正极材料，具体是采用低温燃烧和快速冷却法制备无定形态Al₂O₃包覆型LiMn₂O₄正极材料，属于能源新材料技术领域。

背景技术

锂离子电池以其高电压、高能量密度、循环寿命长、安全性能好、成本低廉等优点在电脑、移动电话等便携式电子设备上已经得到了广泛的应用。但锂离子电池作为车载动力电池的主要瓶颈是锂离子电池正极材料的性能。目前锂离子电池正极材料的研究主要有层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂；橄榄石结构的LiFePO₄和尖晶石型结构的LiMn₂O₄。因Co资源储存有限且有毒性，Ni也有毒且三价的Ni³⁺很难被氧化为Ni⁴⁺，对合成条件要求非常苛刻，LiFePO₄导电性特别差，相比之下，LiMn₂O₄以其Mn资源丰富、无毒安全性好等优点被认为是一种新型的最有前途的锂离子电池正极材料。

但是，LiMn₂O₄正极材料仍然存在许多缺点，如：循环可逆性差，高倍率放电容量低和高温容量衰减快。LiMn₂O₄正极材料电化学性能差的原因主要与其制备工艺，材料结构，结晶度，颗粒形貌，粒度分布等因素有关。因此，很多领域的研究者主要从优化合成工艺，元素掺杂和表面包覆等几个方面来改善LiMn₂O₄正极材料的电化学性能。Al₂O₃作为一种典型的稳定的金属氧化物，包覆在电极表面，这样可以减少Mn³⁺的溶解和抵抗电解液的侵蚀，从而降低材料的容量衰减.。

目前公开的对尖晶石型LiMn₂O₄进行表面改性研究的有：

Dongsheng Guan, Judith A. Jeevarajan, Ying Wang. Enhanced cycleability of LiMn₂O₄ cathodes by atomic layer deposition of nanosized-thin Al₂O₃ coatings[J]. Nanoscale, 2011, 3:1465-1469. 通过原子层沉积法对LiMn₂O₄表面进行Al₂O₃ 包覆提高锂电池的循环性能。

Won-Keun Kim, Dong-Wook Han, Won-Hee Ryu. Coating on by electrostatic attraction forces and it’s effects on high temperature cyclic performance[J]. Electrochimica Acta, 2012, 71:17-21. 通过静电引力对表面进行包覆从而提高锂电池的高温下的循环性能。

邹启凡，苏玉长，禹萍. Al₂O₃包覆LiMn₂O₄正极材料的合成和电化学性能研究[J]. 矿冶工程，2004，24: 94-99 。将LiOH和EMD按1.05∶2的摩尔比进行混合，充分研磨后将混合物置于马弗炉中，530℃处理10 h，然后再于750℃处理24 h，产物随炉冷却，获得用于进一步包覆Al₂O₃的原料LiMn₂O₄，加入适量的尿素和氨水，于80℃回流加热2 h，产生Al(OH)₃沉淀。通过这种方法,在LiMn₂O₄颗粒包覆了Al(OH)₃。随后将混合物用蒸馏水清洗，经100℃干燥，在500℃处理10 h，得到最终产物。从而改善LiMn₂O₄的电化学循环性能。