[发明专利]燃烧法快速制备纳米尖晶石型镍锰酸锂材料

说明书

本发明属于金属氧化物纳米材料和锂离子电池技术领域，具体为一种燃烧法纳米尖晶石型镍锰酸锂材料的快速制备方法。具体是将按顺序分别称取醋酸锂、醋酸镍和醋酸锰固体放于坩锅中，镍盐置于中间层，加热使物料熔融沸腾自然混合均匀，直至发生燃烧反应，冷却得到燃烧产物，再将燃烧产物焙烧保温，冷却得到纳米尖晶石型镍锰酸锂LiNi_0.05Mn_1.95O₄材料。本发明采用的燃烧法制备纳米尖晶石型镍锰酸锂材料具有操作简单、合成速度快、成本低廉和易于实现规模化生产的特点。

技术领域

本发明属于金属氧化物纳米材料和锂离子电池技术领域，具体为燃烧法快速制备纳米尖晶石型镍锰酸锂材料。尖晶石型镍锰酸锂颗粒粒径为50 nm~ 90 nm，均匀性好、结晶性好，具有尖晶石型八面体结构，有利于产品的工业化技术推广。

背景技术

目前，市售的锂离子电池正极材料LiCoO₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂均是通过高温固相反应法合成的，采用的原料为Co、Ni、Mn的氧化物和Li₂CO₃、LiOH粉末，粉末粒度在5~10 µm，存在原料粉末混合不均匀，导致合成产物成分和粒度均匀性差，粉末粒度较大且分布不均匀，充放电及循环性能不理想等问题，特别是合成反应过程需要在高温（＞900 ℃）下长时间（长达20h）才能完成，导致生产工艺的能耗过高、生产效率偏低。

纳米材料在锂嵌入脱出过程中，其电化学、晶体结构、颗粒形貌、物理性质方面都表现出特殊的行为，均与其本征性质有关。作为正极材料，由于离子扩散路径短，表面积较大，晶界区域大大增加，在动力学上具有明显的优势。对于充放电过程中体积变化较大的电极，纳米材料本身体积变化较小，而且具有较好的塑性和蠕变性，可以大大减轻电极的粉化问题。相对于尺寸较大的正极材料，具有比表面积大，离子扩散路径短，很适合于锂离子又快又稳定的嵌入和脱嵌，大的表面积能降低局部电流密度，从而循环特性明显地得到改善。

中国发明专利申请公开号 CN 103647069 A公开了一种甘氨酸法合成LiMn₂O₄纳米材料。具体地实验步骤是配制醋酸锂饱和水溶液，在15 ~ 35 ℃缓慢搅拌下加入甘氨酸饱和溶液，再按锂锰摩尔比1 ~ 3 : 4加入饱和乙酸锰溶液，用NH₄OH调节溶液的pH值为5 ~6，然后升温在50 ~ 75 ℃的恒温水浴锅加热2.5小时，凝胶在真空干燥箱中干燥得到前驱体，然后将前驱体转入电炉中，在380 ℃预处理12小时，然后分别在450 ℃和650 ℃下煅烧3个小时得到产品。该发明的有益效果为：甘氨酸法合成的尖晶石LiMn₂O₄颗粒小，均匀性好，无团聚现象，粒子多为圆形，甘氨酸法合成的尖晶石LiMn₂O₄具有好的循环稳定性。

中国发明专利申请公开号 CN 103066270 A公开了一种纳米尖晶石型LiMn₂O₄的制备方法。包括如下步骤：将硝酸锂、硝酸锰均匀混合，配成总阳离子浓度为0.1 ~ 1.0 molL^-1的母液，将混合液在超重力场中进行反应，并控制超重力反应器转子转速在400 ~ 2200rpm，优选800 ~ 1500 rpm，然后加入碳酸铵溶液；加入的碳酸铵溶液与上述混合液反应得到悬浊液；混合液不断循环直至反应完全；将所得悬浊液经过滤、干燥得到纳米尖晶石型LiMn₂O₄的前驱体；将得到的纳米尖晶石型LiMn₂O₄的前驱体进行煅烧，得到纳米尖晶石型LiMn₂O₄。该方法具有工艺简单，成本低廉，合成时间短等特点，同时制备的尖晶石型LiMn₂O₄粒径可控，可快速批量生产。