[发明专利]锂离子电池正极材料锰酸锂纳米管的制备方法

说明书

本发明是有关于一种高倍率锂离子电池尖晶石锰酸锂纳米管正极材料的制备方法，包括如下步骤：分别配制锰源化合物溶液，草酸溶液和尿素溶液；将草酸溶液和尿素溶液加入到锰源化合物溶液中得到反应前混合悬浊液；搅拌均匀后转入水热反应器中进行反应，反应完成后经离心，洗涤，干燥得到前驱体粉末a；将所得前驱体粉末a与锂源化合物充分混合，得到前驱体粉末b；前驱体粉末b经烧结后得到尖晶石LiMn₂O₄纳米管正极材料。本发明提供的技术方案具有相对成本较低，工艺路线简单，能耗低等优点。能够有效提高锂离子电池正极材料的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池正极材料倍率性能的方法，具体而言，涉及一种高倍率尖晶石正极材料锰酸锂纳米管的制备方法，以及基于此方法制备的锰酸锂纳米管作为锂离子电池正极材料的应用。

背景技术

近年来，锂离子电池在电动汽车(高功率密度设备)和储能(高能量密度设备)领域的应用受到人们的广泛关注。正极材料作为锂离子电池中重要组成部分，对电池的工作电压、循环寿命、容量高低、安全性等性能都起着决定性的作用。因此，研究开发高容量、长寿命、高安全性的正极材料是研究锂离子电池的重点之一。

目前，商业化的锂离子电池正极材料为传统的钴酸锂，由于其实际容量偏低(约140mAh g^-1)，过渡金属钴价格昂贵，毒性较大等原因，在电动汽车领域的应用受到限制。而绿色无毒的尖晶石锰酸锂由于具有高的倍率性能，相对较低的成本，环境友好等优点，受到人们的广泛关注。虽然尖晶石锰酸锂正极材料具有较好的倍率性能，但是循环稳定性较差，限制了其作为电动汽车电源的应用。

因此，在提高锰酸锂循环稳定性的同时，要保证其高的倍率性能。近年来，通过合成由纳米尺寸的初级粒子组成纳米/微米异质空心结构的正极材料，可以同时达到提高材料的倍率性能和稳定循环的目的。一方面，纳米尺寸的初级粒子能够有效地缩短锂离子的扩散距离，得到良好倍率性能的材料。另一方面，微米级的次级粒子能够提高材料的循环稳定性，以及工艺制作的可靠性。最后，内部的空心结构还可以缓冲Li⁺离子在重复脱嵌过程中所产生的体积和应力变化。但是，合成LiMn₂O₄纳米管结构的材料还有一定的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种尖晶石锰酸锂纳米管的制备方法，即利用溶剂热法得到锰酸锂纳米管前驱体，然后通过高温退火处理，得到结晶性良好的锰酸锂纳米管状正极材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锂离子电池尖晶石锰酸锂正极材料纳米管材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)，分别将锰源化合物、草酸和尿素加入到溶剂中配制锰源化合物溶液、草酸溶液和尿素溶液；锰源化合物溶液和草酸溶液的浓度为0.1-1mol/L，尿素溶液的浓度为0.2-2mol/L；

步骤(2)，将草酸溶液和尿素溶液加入到锰源化合物溶液中，得到反应前混合悬浊液；

步骤(3)，将反应前混合悬浊液搅拌均匀后转入水热反应器中进行反应，反应完成后经离心，洗涤，干燥后得到前驱体粉末a；

步骤(4)，将所得前驱体粉末a与锂源化合物充分混合，得到前驱体粉末b；

步骤(5)，将所得前驱体粉末b进行烧结，得到所述锰酸锂纳米管正极材料。

进一步的，所述锰源化合物为乙酸锰，氯化锰，硫酸锰，硝酸锰或高氯酸锰中的一种或多种混合。

进一步的，所述溶剂为乙二醇，1,3-丙二醇，1,2-丁二醇，1,3-丁二醇，聚乙二醇200，聚乙二醇400或聚乙二醇600中的两种或多种混合。

进一步的，所述步骤(1)中，草酸溶液，尿素溶液和锰源化合物溶液所用溶剂相同；尿素溶液浓度是草酸溶液浓度的2倍。