[发明专利]一种锂离子电池正极材料LiMxMn2-xO4纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料纳米颗粒的制备方法。

背景技术

尖晶石LiM_xMn_2-xO₄(0≤x≤0.5)以其价格低廉和无污染性被视为未来锂离子电池最有前景的正极材料体系之一。相对于商业化的尖晶石LiM_xMn_2-xO₄微米级电极材料，纳米级电极材料的粒径更小，锂离子固相扩散和电子传输距离更短，活性物质/电解液反应界面的面积更大，阳离子掺杂可抑制Jahn-Teller效应，提高循环性能。所以，制备纳米尖晶石LiM_xMn_2-xO₄已成为锂离子电池正极材料研究领域的重点和热点。

目前，合成锂离子电池正极材料LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒的方法主要有溶胶凝胶法、水热合成法和共沉淀法等。除此之外，还包括爆炸合成法、乳化干燥法和超声波喷射法等。一些方法能够制备出电化学性能较好的LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒，但存在原材料成本较高，制备工艺复杂，产物团聚等不足，例如：

溶胶凝胶法产物的相纯度高，粒径小，分布均一，组成可精确控制，但是制备时间长，工艺过程难以控制，产品的结构和重现性能较差，成本很高。

水热合成法制备的产物相纯度高、均匀性好、粒径较小且易于分散，但是需要高温高压反应釜、反应条件苛刻，时间长，成本高，因而制约了该方法的应用。

共沉淀法的合成温度低，产物颗粒小、成分均一，比表面积较大，但是不同元素的沉淀速率不同，难以精确控制产物的组成和反应速率。

发明内容

本发明是为了解决现有锂离子电池正极材料LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒的制备存在工艺复杂，原材料成本较高的问题，提供一种锂离子电池正极材料LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒的制备方法。

本发明锂离子电池正极材料LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒的制备方法，按以下步骤进行：

一、依照化学式LiM_xMn_2-xO₄，其中0≤x≤0.5，按化学计量比，称取锰源化合物和M源化合物，再称取化学计量过量的锂源化合物，然后将锂源化合物溶解于水得到溶液A，将锰源化合物和M源化合物溶解在油相溶剂中，然后按大于修饰剂与锰离子的摩尔比为0.5-2:1的量向油相溶剂中加入修饰剂，得到溶液B；二、依次将水相溶液A和油相溶液B加到反应釜里，在120-180℃反应4-24h后自然冷却至室温；三、反应后溶液分为两层，用吸管吸取上层褐色清液到离心管中，加无水甲醇，有LiM_xMn_2-xO₄纳米晶沉淀析出，再用无水甲醇洗涤两至三次后，放入80℃真空干燥箱中干燥12h，即完成锂离子电池正极材料LiM_xMn_2-xO₄纳米颗粒的制备；其中步骤一LiM_xMn_2-xO₄中的M为Mn、Ni、Co、Cr、Cu、Fe或Al，M源化合物为能够溶解于油相溶剂的锰源化合物、镍源化合物、钴源化合物、铬源化合物、铜源化合物、铁源化合物或铝源化合物。

本发明的制备方法，具有原材料成本低廉，工艺简单，反应温度低，反应时间短等特点，可以降低能耗，对环境污染小，适用于商业生产。本发明最终产物为单一的尖晶石LiM_xMn_2-xO₄(0≤x≤0.5)纳米颗粒，平均粒径小，粒径分布窄，分散性好，尺寸可控，可以在油相中保存6个月，电化学性能稳定。

附图说明