CN108232183A - 一种Li-Ce-Mn三元合金锂离子电极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Li‑Ce‑Mn三元合金锂离子电极材料及其制备工艺。其制备工艺是，以碳酸锂，二氧化锰、醋酸镧为原料，先将其按一定原子比例配料，然后利用高能球磨工艺将其磨成均匀的合金微粉，再经过隔绝空气高温煅烧合成LiCexMn2‑xO4合金材料。制备的电极材料导电率高，工艺简单。

Description

一种Li-Ce-Mn三元合金锂离子电极材料
技术领域
本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种添加稀土的三元合金锂离子电极材料及其制备工艺，属于电池电极材料领域。
背景技术
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池以其比能量高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，在便携式电器和新型交通工具中得到普遍应用。
锂电池的发展主要是由于正极材料的更新。正极材料由最初的金属锂到LiCoO2，而现在最有可能替代LiCoO2的是LiMn2O4。然而当前最具有发展潜力的是稀土锂电池，所谓稀土锂电池就是在原锂电池正极材料中掺杂稀土元素，有文献指出，对LiMn2O4成分掺杂稀土元素，能有效改善循环性能，减缓了电极阻抗的增加。本发明以碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈为原料经球磨工艺将其磨成合金微粉，再通过煅烧工艺固相法合成LiCexMn2-xO4 材料，掺杂后的LiCexMn2-xO4 电极材料的综合性能将大大提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料及其制备工艺。该制备工艺包括如下步骤：
⑴取适量化学纯的碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈作为原料，按照LiCexMn2-xO4（0.01≤X≤0.1）的原子比例配料；
⑵将配好的原料混合物一起倒入球磨罐中，并添加适量的钢球，在丙酮的保护下，用行星式球磨机进行球磨；
⑶将球磨的合金微粉晾干；
⑷将晾干后的合金微粉在隔绝氧气条件下高温煅烧；
⑸煅烧后，收集粉末即得产品。
优先地，在步骤⑴中，按照LiCexMn2-xO4（0.03≤X≤0.05）的原子比例配料。
优先地，在步骤⑵中，球料比为15-20。
优先地，在步骤⑵中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。
在步骤⑵中，也可以将丙酮换成汽油保护。
优先地，在步骤⑷中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在10-20h。
本发明具有下列优点和特性：
⑴制备的电极材料导电率高；
⑵制备工艺简单，流程短；
实施例一：
首先以碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈为原料，按照LiCe0.01Mn1.99O4的原子比例配料5g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入100g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨40h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入700℃的高温炉中进行煅烧，煅烧20h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。
实施例二：
首先以碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈为原料，按照LiCe0.1Mn1.9O4的原子比例配料10g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入150g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨30h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入800℃的高温炉中进行煅烧，煅烧15h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。
实施例三：
首先以碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈为原料，按照LiCe0.05Mn1.95O4的原子比例配料20g，将配好的混合物原料一起倒入球磨罐中，并投入300g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨20h后，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，在不断抽气的情况下，进行真空密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，再把石英玻璃管取出，晾干水分后放入900℃的高温炉中进行煅烧，煅烧10h后，将经过处理的石英玻璃管取出，冷却后砸碎石英玻璃管，收集粉末即得产品。

Claims (6)

1.一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于该材料的制备方法按如下步骤进行：
⑴取适量化学纯的碳酸锂、电解二氧化锰、醋酸铈作为原料，按照LiCexMn2-xO4（0.01≤X≤0.1）的原子比例配料；
⑵将配好的原料混合物一起倒入球磨罐中，并添加适量的钢球，在丙酮的保护下，用行星式球磨机进行球磨；
⑶将球磨的合金微粉晾干；
⑷将晾干后的合金微粉在隔绝氧气条件下高温煅烧；
⑸煅烧后，收集粉末即得产品。
2.如权利要求1所示的一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于，在步骤⑴中，按照LiCexMn2-xO4（0.03≤X≤0.05）的原子比例配料。
3.如权利要求1所示的一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为15-20。
4.如权利要求1所示的一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。
5.如权利要求1所示的一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，也可以将丙酮换成汽油保护。
6.如权利要求1所示的一种Li-Ce -Mn三元合金锂离子电极材料，其特征在于，在步骤⑷中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在10-20h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102195042A (zh) * 2010-03-09 2011-09-21 中国科学院过程工程研究所 一种高性能锂离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法
CN105576237A (zh) * 2015-12-20 2016-05-11 李梦思 一种添加Zn的锂离子电池正极材料及其制备方法

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