[发明专利]一种八面体型锰酸锂的制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种八面体型锰酸锂的制备方法及应用。所述八面体型锰酸锂的制备方法，将含有锂盐、碳酸锰、取向剂的混合溶液干燥，得到混合粉末，煅烧，冷却，得到所述八面体型锰酸锂。通过改进锰酸锂的制备方法，最大限度暴露尖晶石锰酸锂致密稳定的(111)晶面，作为正极材料用于水系电池，电化学性能优良，抑制循环过程中锰的溶解，提高水系电池的长期循环稳定性。该制备方法工艺简单，操作方便，易于实现大规模生产。

技术领域

本申请涉及一种八面体型锰酸锂的制备方法及应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池已经进入到人们生活的方方面面，但是，在具有诸多优点的同时，锂离子电池也存在不可忽视的缺点，尤其是有机电解液存在易燃、有毒等不安全因素。因此，为了提高锂离子电池的安全性能，采用水溶液作为电解液的水系锂离子电池受到大家关注。

尖晶石型锰酸锂结构属于立方晶系，具有较好的三维隧道结构，有利于锂离子在其晶格中可逆脱嵌，不会导致结构塌陷，因而该材料具有优异的倍率性能和稳定性，其理论比容量为148mAh/g。此外，锰酸锂具有资源丰富、成本低、环境友好等优点，是目前最有应用潜力的正极材料。但在循环过程中，锰酸锂会发生Jahn-Teller效应、Mn溶解等现象，导致容量快速衰减，循环性能恶化。为了解决锰酸锂循环稳定性问题，目前人们通常采用的改性方法是离子掺杂或表面包覆。关于离子掺杂，主要的掺杂元素有铁、铝、铬、钴、氟等，表面包覆通常在锰酸锂表面包覆一层Al₂O₃、Co₃O₄、ZnO等各种氧化物，稳定循环过程中锰酸锂的结构以及抑制锰的溶解，从而提高循环稳定性。

发明内容

本发明针对锰酸锂正极材料在循环过程中的不足，通过改进锰酸锂的制备方法，提出一种新的锰酸锂正极材料合成方法。目的在于合成一种八面体尖晶石锰酸锂，最大程度暴露致密稳定的(111)晶面，抑制循环过程中锰的溶解，提高水系电池的长期循环稳定性。

根据本申请的第一个方面，提供了一种八面体型锰酸锂的制备方法。所述锰酸锂的形貌为八面体型。

一种八面体型锰酸锂的制备方法，将含有锂盐、碳酸锰、取向剂的混合溶液干燥，得到混合粉末，煅烧，冷却，得到所述八面体型锰酸锂。

可选地，所述锂盐、碳酸锰、取向剂的摩尔比为1-1.2：2-2.4：0.05-0.1。

可选地，所述混合溶液中，锂盐的摩尔浓度为1-1.2mol/L。

可选地，所述混合溶液中，锂盐的摩尔浓度为1mol/L。

可选地，所述锂盐和碳酸锰的摩尔比1.05:2。

其中，锂盐的摩尔数以其含有的锂元素的摩尔数计算。

可选地，所述取向剂选自十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氟化铵、氯化铵中的至少一种。

可选地，所述锂盐选自LiCl、LiOH、Li₂CO₃中的至少一种。

可选地，所述煅烧的条件为：含氧气体氛围下，升温速度1-10℃/min，温度为550℃-850℃，时间为4～12h。

可选地，所述焙烧的温度独立地选自550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃中的任意值或任意两者之间的范围值。

可选地，所述短时间独立地选自4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h中的任意值或任意两者之间的范围值。

可选地，所述升温速度独立地选自1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min中的任意值或任意两者之间的范围值。