[发明专利]一种纺锤体形锰酸锂空心管电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纺锤体形锰酸锂空心管电池正极材料的制备方法，以可溶性锂盐、二价可溶性锰盐和高锰酸钾为原料，以萘为模板剂、尿素为沉淀剂，通过水热反应和煅烧，得到纺锤体形的锰酸锂空心管，其长度为200‑800nm。本发明利用萘的易升华特性，作为模板剂，通过水热反应得到前驱体，再对前驱体进行煅烧，萘发生升华从锰酸锂材料中逸出，锰酸锂在高温下进一步提高结晶度，最终得到纺锤体形的锰酸锂空心管。所述纺锤体形锰酸锂空心管可以作为锂电池正极材料，提高锂电池的比容量和功率密度，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锰酸锂材料的制备方法，特别是涉及一种具有纺锤体形的锰酸锂空心管正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，各种电子设备飞速发展，对于电池的要求越来越高，既要求电池有足够大的容量，还需要其在多次循环后具有较小的衰减。在众多的电池类型中，锂离子电池被视作最具发展潜力的电池。并且，锂电池在市场中也已初具规模，大到电动汽车，小到笔记本、手机，都离不开锂电池。

锰酸锂(LiMn₂O₄)由于具有电压高、价格低廉、资源丰富、与环境友好等特点，成为最有前途的锂离子电池正极材料之一，得到广泛的研究与应用。目前，合成锰酸锂的方法主要有高温固相法、熔融浸渍法、水热合成法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法等。其中，固相法工艺简单，但是合成反应时间长，产物均一性较差，溶胶凝胶法需要大量有机试剂，环境污染大，而喷雾干燥法等对设备要求较高。现有的制备方法中水热法是应用较为广泛的一种方法。

作为电池正极材料，锰酸锂的电化学性能与材料的制备工艺、晶体结构、晶粒尺寸和形貌等，都有较大的关系。

近年来，如何锰酸锂并提高其电化学性能，一直是研究的热点。如申请号为201610047742.9的中国专利申请，公开了一种制备高纯度的锰酸锂的方法；申请号为201610971181.1的中国专利申请，公开了一种提升锰酸锂正极材料在高温下的电化学性能稳定性的方法。又如申请人在先提交的申请号为201710159408.7的中国专利申请，其是通过水溶性的氨基酸作为沉淀剂和软模板剂，促进锰酸锂晶体结构的发育，形成具有十四面体形的锰酸锂材料，从而提高其电化学性能。

在现有研究结果的基础上，确定锰酸锂的形貌与其电化学性能之间的关系，并且研究制备方法与形貌之间的关系，对于制备出高性能的锰酸锂材料，进而突破现有电池技术的难题，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纺锤体形锰酸锂空心管电池正极材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种纺锤体形锰酸锂空心管电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)用去离子水将可溶性锂盐配制成0.5-1mol/L的锂盐溶液；将二价可溶性锰盐与高锰酸钾按照摩尔比为2-3∶1的比例，混合均匀，然后用去离子水配制成锰盐溶液，所述锰盐溶液中锰离子的总浓度为1-1.2mol/L；用去离子水配制浓度为0.5mol/L的尿素溶液；

(2)将萘加入到无水乙醇中，搅拌形成均匀的溶液；

(3)将步骤(1)中的锂盐溶液加入到水热反应釜中，其加入量为水热反应釜体积的1/5-1/4，然后加入萘的乙醇溶液，搅拌均匀形成浅白色的悬浊液，其中萘与锂离子的摩尔比为1∶1-2；

(4)再在搅拌的条件下，依次向浅白色悬浊液中加入步骤(1)中的锰盐溶液和尿素溶液，得到反应前驱液，其中，所述反应前驱液的体积为水热反应釜体积的2/3-3/4；

(5)密封水热反应釜，在140-180℃下水热反应1～3h，然后固液分离，将得到的固体产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-3次，然后在70-90℃下烘干得到前驱体；