[发明专利]一种尖晶石型锰酸锂的制备方法

说明书

本发明涉及一种尖晶石型锰酸锂的制备方法，该制备方法包括锂或锰醋酸盐或硝酸盐混合均匀，然后在温度102～108℃下进行加热，再在微波炉中在微波功率360～900W与微波功率密度90～250W/m²下处理5～30分钟，得到所述的尖晶石型锰酸锂。本发明利用微波加热内部加热特性，使整个体系同时达到点燃温度，体系快速发生自燃反应放出高热量，锰酸锂借助燃烧反应放出的热量快速结晶成型。微波加热不仅大幅度缩短了反应时间，而且降低了大量能耗；且该法工艺简单，成本低廉，有利于推广以及实现锰酸锂的高效工业化量产。

技术领域

本发明属于高能电池技术领域。更具体地，本发明涉及一种尖晶石型锰酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、环境污染小等优点，广泛应用于手提电话、便携式电脑、摄相机等设备中。研究该正极材料是锂离子电池研究工作中的重点。目前市售锂离子电池主要采用LiCoO₂作正极材料，但钴的价格相对昂贵而且有毒，电池业界一直在努力寻找替代LiCoO₂的材料。LiMn₂O₄价格低廉，绿色无毒，电化学性能优良，因此世界各国都在大力进行以LiMn₂O₄材料为正极材料的锂离子电池的实用化研究。

目前，国内外制备尖晶石型 LiMn₂O₄ 的主要方法包括固相法和液相法。固相法虽工艺简单，但能耗较高，一般需高温焙烧5个小时以上。液相法合成条件比较温和能耗低，如溶胶凝胶法、水热法等，但液相法往往对反应设备要求苛刻，反应试剂昂贵，反应过程复杂，生产成本高。

CN 102195042 A 公开了一种高性能锂离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法，按化学计量比称取锂源、锰源和X元素源化合物，混合球磨，干燥；干燥混合物在升温速率1～10℃/min、煅烧温度400～600℃与空气气氛的条件下煅烧4～15小时，随后自然降至室温，球磨，干燥，接着在升温速率1～10℃ /min、温度700～950℃与空气气氛的条件下烧结5～20小时，自然降至室温；得到的产物是高性能锂离子电池正极材料锰酸锂。

CN 102709545 A 用二氧化锰与其它锰氧化物混合物为锰源材料，与碳酸锂按照化学计量比混合研磨，接着在煅烧炉中在以速度5℃/min升温至450℃，保温2h，继续以速度5℃ /min升温至750℃，保温20h，冷却至室温，得到锰酸锂产品。

CN 104078672 A 先采用两步水热法制得羟基氧化锰纳米线阵列，然后再采用高温固相法，将羟基氧化锰纳米线阵列与锂源混合在空气中在温度500℃下焙烧4h，从钛箔上把材料刮下来后再750℃焙烧10h得到尖晶石锰酸锂纳米线。

上述三项专利申请都采用高温固相法制备尖晶石型锰酸锂，它们都需要在高温条件下焙烧几个小时，甚至几十个小时才能得到尖晶石型锰酸锂，因此，这些方法能耗高，反应时间慢。

CN 106207151 A 是以锂、锰、硼的醋酸盐与硝酸盐为反应体系，反应物置于坩埚中，在预热烘箱中熔融混匀，再在预热马弗炉内在温度400-600℃下进行无焰燃烧反应2-4h，得到一次焙烧产物放入预热恒温马弗炉中在温度600~750℃下二次焙烧2-8h，最后冷却获得掺硼尖晶石型锰酸锂正极材料。

CN 104752711 A是让锂、锰、镍硝酸盐与醋酸盐在坩埚中在预热温度400℃的马弗炉中关闭炉门恒温焙烧1h，然后置于空气中冷却至室温，得到的一次焙烧产物再放入预热恒温600℃的马弗炉中关闭炉门保温加热反应3 h，取出在空气中冷却至室温，得到镍掺杂的LiMn₂O₄锂离子电池正极材料。