CN111924882A - 多孔锰酸锂正极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述的多孔锰酸锂正极材料，具有锰酸锂的立方正尖晶石结构，化学式为LiMn2‑xMxO4，其中，M为Al、Mg或Nb中的一种元素或者多种元素的组合，x为0.03～0.09。所述的的制备方法包括以下步骤：将Mn源、Li2CO3、M按照Li：Mn：M＝1.04～1.08：1.93～1.95：0.05～0.07的摩尔比混合均匀，然后在高温下烧成，自然降温，然后过筛。本发明所述的多孔锰酸锂正极材料，其电芯具有优异的倍率性能，完全满足各种电动工具对锂离子电池正极材料的需求；本发明同时提供了简单易行的制备方法，利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
20世纪80年代初期，美国学者J.B.Goodenough等人首次发现了钴酸锂(LiCoO2)，镍酸锂(LiNiO2)和锰酸锂(LiMn2O4)可以作为脱嵌锂离子的材料，并申请了相关的专利。
锰元素对比钴元素和镍元素具有重要的资源优势，更容易在电动汽车、电动工具等领域普及使用，且其制备工艺较钴酸锂和镍酸锂简单的多，具有远大的前景。但是传统锰酸锂的倍率性能较镍钴锰酸锂差很多，在单独使用或者与镍钴锰酸锂混合使用时，电芯的倍率性能均较差，严重影响了锰酸锂细分市场的扩大。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔锰酸锂正极材料，其电芯具有优异的倍率性能，完全满足各种电动工具对锂离子电池正极材料的需求；本发明同时提供了简单易行的制备方法，利于工业化生产。
本发明所述的多孔锰酸锂正极材料，具有锰酸锂的立方正尖晶石结构，化学式为LiMn2-xMxO4，其中，M为Al、Mg或Nb中的一种元素或者多种元素的组合，x为0.03～0.09。
优选的，M为Al或Nb中的一种元素或者两种。
优选的，x为0.05～0.07。
所述的多孔锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将Mn源、Li2CO3、M按照Li：Mn：M＝1.04～1.08：1.93～1.95：0.05～0.07的摩尔比混合均匀，然后在高温下烧成，在箱式炉中，在氧气气氛下保持5-10MPa的压力，在750-850℃保持15-20小时；烧成后，箱式炉炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
本发明中加入M的主要作用是稳定锰酸锂尖晶石结构；通过采用在烧结工序采用氧气氛正压的方式，保持5-10MPa的压力是为了增多增长锰酸锂颗粒内部的孔隙，大大增加与电解液的接触面积，使电芯具有优异的倍率性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的多孔锰酸锂正极材料，不仅其电芯具有优异的倍率性能，而且具有很高的能量密度，完全满各种电动工具对锂离子电池正极材料的需求；
(2)本发明所述的多孔锰酸锂正极材料的制备方法，简单易行，科学合理，利于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1中制备的多孔锰酸锂正极材料颗粒内部的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例1
制备分子式为LiMn1.95M0.05O4的高倍率的锰酸锂正极材料。
将碳酸锂、锰源(EMD)和添加剂Al按其元素摩尔比1.06：1.95：0.05充分混合后，然后在箱式炉中，氧气气氛下保持10MPa的压力下，800℃保温20小时。高温烧成后，炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
由图1中的扫描电镜图可知，所得多孔锰酸锂颗粒内部孔隙明显增多增大。
实施例2
制备分子式为LiMn1.93M0.07O4的高倍率的锰酸锂正极材料。
将碳酸锂、锰源(EMD)和添加剂Mg按其元素摩尔比1.05：1.93：0.07充分混合后，然后在箱式炉中，氧气气氛下保持8MPa的压力下，780℃保温18小时。高温烧成后，炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
实施例3
制备分子式为LiMn1.97M0.03O4的高倍率的锰酸锂正极材料。
将碳酸锂、锰源(EMD)和添加剂Nb按其元素摩尔比1.06：1.97：0.03充分混合后，然后在箱式炉中，氧气气氛下保持10MPa的压力下，850℃保温15小时。高温烧成后，炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
实施例4
制备分子式为LiMn1.91M0.09O4的高倍率的锰酸锂正极材料。
将碳酸锂、锰源(EMD)和添加剂Al按其元素摩尔比1.06：1.91：0.09充分混合后，然后在箱式炉中，氧气气氛下保持5MPa的压力下，750℃保温16小时。高温烧成后，炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
将实施例1-4制备的多孔锰酸锂正极材料的倍率性能与常规锰酸锂倍率性能进行对比，如表1所示。
表1
由表1中的倍率性能对比数据可知，本发明所得多孔锰酸锂的倍率性能大大优于常规锰酸锂，完全满足各种电动工具的使用要求。
Claims (6)
1.一种多孔锰酸锂正极材料，其特征在于：其具有锰酸锂的立方正尖晶石结构，化学式为LiMn2-xMxO4，其中，M为Al、Mg或Nb中的一种元素或者多种元素的组合，x为0.03～0.09。
2.根据权利要求1所述的多孔锰酸锂正极材料，其特征在于：M为Al或Nb中的一种元素或者两种。
3.根据权利要求1所述的多孔锰酸锂正极材料，其特征在于：x为0.05～0.07。
4.一种权利要求1-3任一所述的多孔锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将Mn源、Li2CO3、M按照Li：Mn：M＝1.04～1.08：1.93～1.95：0.05～0.07的摩尔比混合均匀，然后在高温下烧成，自然降温，然后过筛，即得所述的多孔锰酸锂正极材料。
5.根据权利要求4所述的多孔锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：烧成时，在氧气气氛下保持5-10MPa的压力，在750-850℃保持15-20小时。
6.根据权利要求4所述的多孔锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：降温时，箱式炉炉体保持氧气压力自然降温，直至500℃以下时停止保持压力，在300℃以下时开炉自然降温至常温。
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