[发明专利]高倍率多孔锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种高倍率多孔锰酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前最有前景的电源技术，具有工作电压高，能量密度大大，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，可快速充电和无环境污染等优点，是便携式电子设备的理想电源，也是电动汽车的理想电源系统。锰酸锂材料因为其能量密度高，安全性好，价格低廉等成为最有希望的正极材料之一。然而由于锰酸锂为半导体性质，电子电导率低，且通常商业化的锰酸锂粒径较大，锂离子的扩散距离较长，导致其倍率性能受限。多孔材料可以使材料和电解液具有更大的接触面积和更短的扩散距离，可以大大提高锰酸锂的倍率性能

因此，对锂电池正极材料的改性可以成为提高锂电池性能的关键技术，已有大量的文献及专利证明，制备多孔材料是一种可供选择的较好的改性方法。如专利CN201310412832.X中通过共沉淀法制备的多孔磷酸铁锂，具有良好的循环寿命和电化学性能。清华大学的专利CN103855385B中，通过水热法制备了多孔氧化钴作为锂电池的负极材料，1C倍率条件下循环50次后，容量保持率仍约为70％。

然而，现有的文献报道及专利中，采用的制备工艺复杂，操作繁琐，难以大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高倍率多孔锰酸锂的制备方法，制备的多孔锰酸锂材料为均匀分散的纳米级，纳米锰酸锂粒度和孔率分布均匀，锰酸锂具有很好的高倍率性能，材料电化学性能优良。且该方法简单，反应时间短，合成温度低，对环境友好，易于工业化。

本发明所述的一种高倍率多孔锰酸锂的制备方法，以含锰的金属有机框架材料作为前驱体，与锂源在高温下烧结，所制备的锰酸锂一次粒径在20-60纳米之间。

金属有机框架材料是由有机配体和金属离子通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。

有机配体为对苯二甲酸；金属离子为二价锰。

含锰的金属有机框架材料为Mn-MOF-74。

含锰的金属有机框架Mn-MOF-74的制备步骤如下：

向100ml聚四氟乙烯不锈钢反应釜中加入16ml DMF溶剂，称取对苯二甲酸4mmol加入反应釜中，搅拌均匀，再称取24mmolMnCl2加入反应釜中，搅拌均匀后密封，放入烘箱中，在120-180℃下加热24-72h，过滤干燥，得到含锰的金属有机框架。

锂源为碳酸锂和氢氧化锂中的一种或二种混合。

烧结温度为600-850℃。

烧结时间为5-30小时。

含锰的金属有机框架和锂源按锰和锂元素的摩尔比为2:1-1.1。

DMF为二甲基甲酰胺。

本发明通过使用含锰金属有机框架Mn-MOF-74作为锰源，金属有机框架中的有机物同时起到造孔和阻止晶粒长大的作用。

本发明金属以原子级别分散到有机基团之间，在制备锰酸锂的过程中有机基团不但通过氧化挥发造孔，还能够起到阻止锰酸锂颗粒长大的作用。

高倍率多孔锰酸锂为锂电池正极材料。

本发明由于锰离子均匀分散在有机配体之间，所制备的锰酸锂为多孔结构，一次粒子大小只有20-60纳米，所得材料在10C倍率下循环1000周容量依旧保持92％且设备工艺简单。该制备方法为制备更加性能优异的焖酥胺锂材料提供了一种简便可行的工艺，从而进一步提高锂离子电池的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、反应操作简便，工艺简便，提高锂离子电池的性能，可以使用目前的工业化生产设备，易于工业化，对环境友好，适合大规模化生产；

2、调节金属有机框架的制备浓度和反应时间，能够控制锰酸锂的粒度，优化得到最佳的改性条件。

3、所制备的纳米锰酸锂粒度和孔率分布均匀。

4、经该方法制备的锰酸锂具有很好的高倍率性能。

附图说明

图1多孔锰酸锂的SEM照片；

图2多孔锰酸锂的XRD图片；

图3多孔锰酸锂的在10C下高倍率循环性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1