CN1087875C - 掺碳的锂锰氧化物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种掺碳的锂锰氧化物及其制造方法，其中掺碳的锂锰氧化物是细的均匀粉末状的，具有优良的导电性，可以独立地用作锂二次电池的电极材料，不需任何其它导电材料。

Description

掺碳的锂锰氧化物的制造方法
本发明涉及一种掺碳的锂锰氧化物的制造方法，尤其涉及一种精细粉体的，具有极大表面积和具有优良导电性的掺碳的锂锰氧化物的制造方法。
通常，复合的金属氧化物具有热稳定性，但是不导电，或者是半导体。因此很难把复合金属氧化物用作要求具有高导电性的电极材料。实际上，人们一直在研究制造具有电极材料要求的高导电性和高热稳定性的复合金属氧化物的方法。
为了使复合金属氧化物具有导电性，复合金属氧化物与一种导体(如碳黑)进行物理混合。但是按照这种物理方法，复合金属氧化物与此导体混合不均匀，因而导电性提高的不大。
而且，作为电极材料的复合金属氧化物应具有很大的表面积，并且颗粒大小应是均匀的，但是现在市场上的复合金属氧化物是由含有金属组分的各种盐经1,000℃以上的温度锻烧而成的，结果表面积小，颗粒大小不均匀。因而此种复合金属氧化物与其他物质之间的物理接触是不充分的。这种复合金属氧化物用作高效电池的电极材料是不能令人满意的。
为解决上述问题，本发明的目的提供一种制造具有优良导电性并有极大表面积的电极材料的方法。
为达到上述目的，这里提供了一种制造掺碳的锂锰氧化物的方法，其步骤如下：
配制可溶锂化合物和锰化合物的混合溶液，其中包含的锂离子和锰离子的摩尔比是1∶2；
将聚乙二醇加入到所述的混合溶液中，其聚合物重复单元与锂锰离子总数的摩尔比是1到10；
在搅拌此混合液的同时在60-80℃下干燥混合液，直到得到一种凝胶；以及
在200～300℃下预处理所述凝胶并随后在400-800℃下加热该经预处理的凝胶。
此锂化合物最好包括醋酸锂、硝酸锂，此锰化合物包括醋酸锰、硝酸锰。
参考下列附图，详细介绍一个优选的实施例，可以使本发明的上述目的和优点变得更为明显。附图中：
图1是根据本发明的一个优选实施例制造的掺碳的锂锰氧化物的X射线衍射分析结果的图样；
图2是根据本发明的此优选实施例制造的掺碳的锂锰氧化物的扫描电子显微(SEM)图片。
根据本发明，使用聚乙二醇(PEG)来制造细粉末并具有极大表面积的金属氧化物。选用PEG是由于PEG与每一金属离子进行分子混合，并易溶于水，而水是用于溶解金属盐的通用溶剂。
根据本发明，具有上述特性的PEG加入到含有锂和锰离子的溶液中，以得到一种金属离子被分子混合的溶胶。接着，此溶胶被干燥形成凝胶，然后对此凝胶进行处理，从而得到具有极大表面积的细粉状复合金属氧化物，这种氧化物适合于制造各种燃料电池的电极。
另外，在400～800℃热处理时，将碳加入到此金属氧化物中。在这点上，根据常规方法，热处理要在1,000℃以上进行，因而碳容易失去，造成复合金属氧化物导电性差。相反，本发明的热处理在较低温度下进行，碳能够掺入到金属氧化物中。
下面详述根据本发明的精细粉体掺碳的锂锰氧化物的制造方法。
首先，可溶性化合物，例如含有锂和锰的醋酸盐或硝酸盐以一预定的摩尔比例溶解到水中，以得到含有金属离子的溶液。预定量的PEG完全地溶解在水中，将该PEG溶液加入到该含有金属离子的溶液中。然后此混合溶液被充分地搅拌，直至得到PEG-金属盐的溶胶。
在本发明中，加入PEG的量用聚合物重复单元与包含在金属盐中的金属离子的摩尔比例(U.N/金属离子)计量。加入的PEG的该摩尔比例最好是1到10。当PEG的该摩尔比小于1时，表面积的增加和加碳效果不佳；相反，当PEG的该摩尔比在10以上时，难于形成晶体结构。
在获得PEG-金属盐的溶胶后，此溶胶在60-80℃下搅拌18-24小时，以去除水。随着水蒸发，此溶胶变成具有桔黄色的高粘度凝胶。
随后此PEG-金属盐凝胶被预热到200-300℃，然后，对此预热的凝胶进行热处理，得到细粉状的锂锰氧化物。此热处理最好在电炉中在400-800℃下进行。
下文将参考优选实施例对本发明加以介绍。但本发明并不限于描述的特定形式。
配制含有Li(NO3)和Mn(NO3)·9H2O，摩尔比为1∶2的混合溶液。具有平均克分子量20,000的PEG被另外溶解在水中。然后，此PEG溶液被加入到上述混合溶液中，进行搅拌，得到浓度为3U.N./金属离子的PEG-金属盐溶胶。这个溶胶在70℃下被搅拌20小时，得到PEG-金属盐凝胶。继之此凝胶被预热到300℃持续1小时得到产物母体。产物母体在空气中被加热到600℃，持续1小时，得到掺碳的锂锰氧化物粉末。
这种掺碳锂锰氧化物粉末通过X射线衍射分析检验其晶体结构。X射线衍射分析是在10-80℃温度范围内进行的，速度是4°/分钟。分析结果见图1。
如图1所示，在600℃的相对很低的温度下，在很短的时间内形成了单晶结构。这是因为由PEG使金属离子均匀地分布。
随后，图2是根据本发明的上述实施例制造的掺碳锂锰氧化物的扫描电子显微图片。如图2所示，根据本发明制造的锂锰氧化物是精细粉体，其中粉末颗粒的大小均匀，平均直径为1μm以下，这是由于金属离子通过聚合物而均匀一致地分布。
如上所述，本发明的掺碳的锂锰氧化物是细粉末状的，提供了优良的导电性。因此，此掺碳的锂锰氧化物可以独立地用作锂二次电池的电极材料，不需要任何其它导电材料。

Claims (4)

1.一种制造掺碳的锂锰氧化物的方法，包括如下步骤：
配制可溶锂化合物和锰化合物的混合溶液，其中包含的锂离子和锰离子的摩尔比是1∶2；
将聚乙二醇加入到所述的混合溶液中，其聚合物重复单元与锂锰离子总数的摩尔比是1到10；
在搅拌此混合液的同时在60-80℃下干燥混合液，直到得到一种凝胶；以及
在200～300℃下预处理所述凝胶并随后在400-800℃下加热该经预处理的凝胶。
2.如权利要求1所述的制造掺碳的锂锰氧化物的方法，其中所述的锂化合物是从由硝酸锂和醋酸锂组成的组中选出的。
3.如权利要求1所述的制造掺碳的锂锰氧化物的方法，其中所述的锰化合物是从由硝酸锰和醋酸锰组成的组中选出的。
4.如权利要求1，2或3所述的制造掺碳的锂锰氧化物的方法，其中所述的干燥过程持续18-24小时。
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