去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料

摘要

传统锰酸锂正极材料因具有高温循环性能差的弱点而未能大规模的应用。本发明获得了高温性能优异的去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料，这种材料在55℃条件下100次循环后能够放出97.8 mAh g‑1的容量。因此，这种具有去顶八面体型LiMn2O4的材料将推动锰酸锂正极材料的大规模化应用。

权利要求

1.高温性能优异的去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料，其特征在于：（1）该材料的晶体结构为去顶八面体型，由六个四边形和八个六边形组成；

（2）该材料具有择优的（400）晶面取向；

（3）该材料具有优良的高温性能，在温度55℃的条件下1C倍率充放电循环100次后能放出97.8mAh g-1的容量。

2.根据权利要求1所述正极材料的无焰燃烧合成方法，其特征在于把硝酸锂6.8g、醋酸锂10.2g、硝酸锰35.8g、醋酸锰53.6g和硼酸60mg放入球磨罐中，利用行星预磨机将上述原料混合均匀，放入温度为500℃的马弗炉中进行无焰燃烧，之后将马弗炉的温度提高到650℃，保温6小时，获得该正极材料。

说明书

去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体是尖晶石锰酸锂。

背景技术

[0002] 锂离子电池正极材料是锂电池领域中的关键材料，它制约着锂电池的推广和应用。尖晶石锰酸锂是传统的锂离子电池正极材料，具有高电压、高能量密度、安全性能好、成本低廉的特点，但是由于循环性能差，尤其在高温环境中，而未能大规模的应用。

[0003] 大量的专利、论文提出尖晶石锰酸锂循环性能差的改进办法，主要包括元素掺杂和材料包覆。这两种方法都不可避免地降低了质量比容量。通过改变材料的晶体结构和形貌，来提高循环性能，同时不降低正极的质量比容量，还未见报道。本发明制备出了去顶八面体型LiMn2O4正极材料，其质量比容量没有降低，并且高温循环性能显著提高。

[0004] 参考文献如下

[0005] 1.Gaojie Xu, Zhihong Liu, Chuanjian Zhang, Guanglei Cui, Liquan Chenille, J. Mater. Chem. A, 2015, 3 4092；

[0006] 2.姜波, 一种锂离子电池包覆正极材料制备方法, 中国发明专利，申请号：201210136132.8；

[0007] 3.郝伟，石迪辉，一种尖晶石型锰酸锂电极材料及其制备方法，中国发明专利，申请号：201010505801.5；

[0008] 4.陈春华，冯绪勇，丁宁，掺杂锰酸锂的制作方法，中国发明专利，申请号：201110026721.6。

发明内容

[0009] 本发明旨在高温性能优异的去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料。

[0010] 本发明的技术方案如下：本发明采用硝酸锂、醋酸锂、硝酸锰和醋酸锰提供去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料所需的Li和Mn元素，其摩尔比为2:1:2:1；利用少量的硼酸（H3BO3）晶体结构控制试剂，最后在马弗炉中500℃燃烧，之后提高到650℃下进行保温，冷却到室温下，即可获得去顶八面体型LiMn2O4锂离子电池正极材料。

附图说明

[0011] 图1是去顶八面体型LiMn2O4正极材料的显微图片。

[0012] 图2是去顶八面体型LiMn2O4正极材料的X-射线图谱。

[0013] 图3是去顶八面体型LiMn2O4正极材料的循环性能。

具体实施方式

[0014] 实施例1

[0015] 称取硝酸锂6.8 g、醋酸锂10.2 g、硝酸锰35.8 g、醋酸锰53.6 g，和形貌控制硼酸60 mg，放入球磨罐中，利用行星预磨机把上述原料混合，获得均匀的混合物，取出10 g与
300ml坩埚中，放入到500 ℃的马弗炉中无焰燃烧，之后提高马弗炉的温度到650 ℃，保温6小时，即得产品。获得产品的SEM图见附图1，去顶八面体的晶粒能够非常清楚地观察到；X-射线谱图见附图2，可知该产品为纯LiMn2O4；电化学性能见附图3，在室温条件下，该正极材料表现出非常优异的倍率性能和循环性能，如在5 C倍率下，200次充放电循环后，其放电比容量高达103.1 mAh g-1，在高温55℃条件下，1 C倍率时循环100次，其电比容量仍然达到
97.8 mAh g-1。

[0016] 实施例2

[0017] 在实例1的基础上分别提高形貌控制剂硼酸的量到180、300、420和540 mg，其产物均为去顶八面体形貌，X-射线图谱分析表明均为LiMn2O4物相。