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CN1095599C - 高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法 - Google Patents

高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法。它是以MnO2、MnCO3、Mn(NO3)2或Mn(CH3COO)2和LiOH、Li2CO3或LiNO3为原料,按锂/锰摩尔比为0.45~0.5的比例混合并压成块状后在高温下合成的。由本发明得到LiMn2O4材料电性能达到120mAh/g比容量。工作电位在4.15~3.7伏,而成本仅为LiCoO2材料的4.5%。LiMn2O4是先进的锂离子电池首选的正极材料。

Description

高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能锂离子电池正极材料的制备方法,它属于电化学、无机合成和电子产品技术领域。
背景技术
锂离子电池是近几年脱颖而出的最新一代高比能量化学电源,它一出现以其强大生命力广泛用于移动通讯、便携式手提计算机、摄像机、照像机、便携式仪器仪表等领域,也是各国大力研究的电动汽车首选配套电源。在锂离子电池发展和制造过程中,正极材料制备是关键技术之一。各国研究机构和电池制造厂家都投入大量人力、物力研制各种具有容量大、电位高的正极材料,研究最多的是以过渡金属为主的氧化物,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4,LiCoO2材料已是成熟产品,在日本已有广泛应用。但LiCoO2材料价格偏高,进口成品材料1200~1600元/Kg,以它作正极材料制造的锂离子电池价格昂贵,使得应用范围受到一定限制。LiNiO2和LiMn2O4不仅具有与LiCoO2相当的电化学性能,而且具有明显的价格优势,LiMn2O4比LiNiO2价格更低,更具应用前景。因而倍受各国电化学行业的关注,是目前锂离子电池正极材料研究的热点。J.M.Tarascom等人报导了以Li2CO3或LiNO3和电解MnO2为原料合成LiMn2O4[J.Electrochem.Soc.141,No.6,June1994,1421-1431],该方法需在800℃下分两次分别合成24h和48h,然后再以5~10℃/h的速度冷却,所得产物的工作电位为4.2~3.0V。文献[J.PowerSource,41(1993)305~314]报导的方法合成时间则更长。文献[J.Electrochem.Soc.Vol 138 No.10(1991).2859-2868]报导了以Li2CO3、MnO2为原料,在600~1100℃间不同温度下合成LiMn2O4的方法,所得产物的比容量为90~105mAh/g。其它文献公开的方法,或者是合成温度高,时间长,或者是所得产物的性能指标不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备锂离子电池正极材料LiMn2O4的新方法,该方法应在保证产品质量的稳定性、可靠性和均匀性的前提下,从国内廉价原材料出发,具有生产成本低,工艺简单,适合于规模化生产的特点。
为实现上述目的所采用的技术措施是:
制备LiMn2O4材料是以二氧化锰(MnO2)、碳酸锰(MnCO3)、硝酸锰(Mn(NO3)2)或醋酸锰(Mn(CH3COO)2)和氢氧化锂(LiOH)、碳酸锂(Li2CO3)或硝酸锂(LiNO3)作原料,合成基本反应为:
具体制备方法如下:以MnO2、MnCO3、Mn(NO3)2、或Mn(CH3COO)2和LiOH、Li2CO3或LiNO3为原料,按锂与锰的摩尔比为0.45~0.5的比例混合,经球磨均匀后压成块状,在600~800℃烧结36小时,冷却后取出,粉碎球磨,用300目分样筛过筛即得产品,后收集产品,密封储存备用。
所得的LiMn2O4具有尖晶石层状结构,经测试,该材料的电性能达到120mAh/g比容量,工作电位在4.15~3.70伏(相对于锂参比电极),与价格昂贵的LiCoO2材料相当,而其成本仅为LiCoO2材料的4.5%左右,因此,LiMn2O4是先进的锂离子电池首选的正极材料。
与已有技术相比,采用本发明的技术措施所取得的有益效果:
本发明的锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法具有以下几个显著特点:
1)制备的LiMn2O4材料性能优良,在0.25C放电率下,可以达到120mAh/g的比容量,放电电位在4.15至3.70伏(相对锂参比电极)。
2)制备的材料价格低廉,如以MnO2和LiOH作原料,制造1Kg LiMn2O4仅需原材料费24.70元/Kg。
3)工艺简单,合成时间短,易于掌握,容易实现工业化规模生产。
4)清洁无污染,不含任何有害元素。
附图说明
图1是用本发明方法制得的LiMn2O4材料制成电极在0.25C放电率下的放电曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明:
实施例:
准确称取MnO2 348g、LiOH·H2O 84g,在球磨机中球磨混合15~20分钟,将混合料置于模具中在油压机上压成块状,放置在高温炉中加热,在600℃至800℃分段烧结共36小时,冷却后取出粉碎球磨,过300目分样筛,即成锂离子电池用LiMn2O4正极材料。收集密封备用。

Claims (2)

1.一种高性能锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法,其特征在于该方法是以MnO2、MnCO3、Mn(NO3)2、或Mn(CH3COO)2和LiOH、Li2CO3或LiNO3为原料,按锂与锰的摩尔比为0.45~0.5的比例混合,经球磨均匀后压成块状,在600~800℃烧结36小时,冷却后取出,粉碎球磨,用300目分样筛过筛即得产品。
2.按权利要求1所述的制各方法,其特征在于所述的LiMn2O4具有尖晶石层状结构,用锂电极作参比时的工作电位在4.15到3.70伏,在0.25C放电率下的比容量为120mAh/g。
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