[发明专利]锰酸锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别是涉及一种锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

尖晶石锰酸锂具有资源丰富、成本低廉、对环境友好的优点，尤其是因其三维脱嵌锂隧道能够承受大电流充放电，被公认为是锂离子电池最具发展前途的正极材料之一，在大容量动力锂离子电池中应用广泛。

然而，由于锰酸锂中锰极易发生Jahn-Teller效应及锰溶于电解液中，使得锰酸锂在锂离子电池充放电循环过程中的晶格结构的稳定性和可逆性较差，导致锂离子电池的容量衰减严重，高温储存和循环容量衰减更为严重，使得锂离子电池的循环性能较差，所以一直以来商品化受到严重限制。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高锂离子电池循环性能的锰酸锂材料及其制备方法。

一种锰酸锂材料，包括由多个粒径为10纳米~200纳米的锰酸锂纳米颗粒形成的微球，所述多个锰酸锂纳米颗粒之间形成有多个微孔。

在其中一个实施例中，每一个微孔的孔径为5纳米~50纳米。

在其中一个实施例中，所述微球的粒径为500纳米~5微米。

一种锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

将浓度为0.1mol/L~5mol/L锰盐的水溶液和浓度为0.1mol/L~5mol/L的碳酸盐的水溶液混合，搅拌反应1分钟~120分钟，分离、洗涤、干燥后得到球形碳酸锰；

将所述球形碳酸锰分散于水中得到分散液，向所述分散液中滴加浓度为0.1mol/L~5mol/L的氧化剂，搅拌5分钟~5小时后滴加稀酸，反应5分钟~5小时，分离、洗涤、干燥后得到球形二氧化锰；

将所述球形二氧化锰于300℃~600℃下进行热处理1小时~20小时；

将经过热处理的球形二氧化锰与锂盐混合得到混合物，将所述混合物于500℃~900℃下煅烧1小时~20小时得到锰酸锂材料，所述锰酸锂材料包括由多个粒径为10纳米~200纳米的锰酸锂纳米颗粒形成的微球，所述多个锰酸锂纳米颗粒之间形成有多个微孔。

在其中一个实施例中，所述锰盐为醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰或氯化锰。

在其中一个实施例中，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵或碳酸氢铵。

在其中一个实施例中，所述锰盐与碳酸盐的摩尔比为0.1~5:1。

在其中一个实施例中，所述稀酸为浓度为0.1~1mol/L的盐酸、硝酸或硫酸。

在其中一个实施例中，所述氧化剂为溴酸钾、过硫酸铵、高锰酸钾或重铬酸钾的水溶液。

在其中一个实施例中，所述氧化剂与球形碳酸锰的摩尔比为0.2~5:1。

在其中一个实施例中，所述锂盐为氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂、硝酸锂、氯化锂或氟化锂。

在其中一个实施例中，所述锂盐中的锂与所述球形二氧化锰中的锰的摩尔比为0.45~0.55:1。

在其中一个实施例中，将所述混合物于500~900℃下煅烧之前还包括向所述混合物加入乙醇并研磨均匀的步骤。

在其中一个实施例中，将所述球形二氧化锰于300℃~600℃下进行热处理1小时~20小时的步骤是以1℃/min~10℃/min的升温速率将所述球形二氧化锰升温至300℃~600℃，然后于300℃~600℃下进行热处理1小时~20小时；将所述混合物于500℃~900℃下煅烧1小时~20小时得到锰酸锂材料的步骤是以1℃/min~10℃/min的升温速率将所述混合物升温至500℃~900℃，然后于500℃~900℃下煅烧1小时~20小时。

上述锰酸锂材料包括由多个粒径为10纳米~200纳米的锰酸锂纳米颗粒形成的微球，多个锰酸锂纳米颗粒之间形成有多个微孔。将该锰酸锂材料应用于锂离子电池中，由于这种结构的锰酸锂材料能够缩短离子的扩散路径，并且具有较大的比表面积，增大了其与电解液的接触面积，能够缓解锂离子电池在充放电过程中的容量衰减，从而能够提高锂离子电池的循环性能。

附图说明

图1为一实施方式的锰酸锂材料的制备方法流程图；

图2为实施例1制备的锰酸锂材料的X射线衍射分析（XRD）图；

图3为实施例1制备的锰酸锂材料的扫描电镜图；

图4为实施例1制备的锰酸锂材料的高倍扫描电镜图；

图5为采用实施例4制备的锰酸锂材料的锂离子电池的倍率性能图；

图6为采用实施例4制备的锰酸锂材料的锂离子电池在1C充放电和1C充电、10C放电的循环性能图；