專(zhuān)利名稱：鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池制造技術(shù)，尤其是一種鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著能源的日趨缺乏和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，電動(dòng)交通工具取代內(nèi)燃機(jī)是必然的選擇，世界發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，法國(guó)、德國(guó)、日本等都投入了大量人力、物力、財(cái)力從事電動(dòng)車(chē)的研制開(kāi)發(fā)。我國(guó)政府對(duì)電動(dòng)車(chē)項(xiàng)目非常重視，在“八五”期間就把電動(dòng)車(chē)技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)列為國(guó)家科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，“九五”期間被列為國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)，“十五”期間電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化被國(guó)家科技部列為重大科技專(zhuān)項(xiàng)。
目前電動(dòng)車(chē)存在的主要問(wèn)題如價(jià)格、續(xù)駛里程、動(dòng)力性能等都與電池技術(shù)密切相關(guān)。作為電動(dòng)車(chē)用蓄電池應(yīng)具有以下特點(diǎn)①高的質(zhì)量比能量和體積比能量②具有快速充電和大電流放電能力；③良好的循環(huán)壽命性能；④價(jià)格低，使用維護(hù)方便；⑤無(wú)污染，安全性能好。
鋰離子電池由于具有高的比能量和良好的循環(huán)壽命性能而成為電動(dòng)車(chē)用動(dòng)力源的首選，但鋰離子動(dòng)力電池的性能關(guān)鍵取決于其正極材料。目前，已廣泛應(yīng)用和正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的鋰離子電池正極材料主要是鋰鈷氧LiCoO2、鋰鎳氧LiNiO2和鋰錳氧LiMn2O4三種，LiCoO2具有良好的電化學(xué)性能和3.6伏的工作電壓，技術(shù)較為成熟，是當(dāng)前市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，但鈷的儲(chǔ)量有限，價(jià)格昂貴，存在一定的安全隱患，面臨被其它產(chǎn)品替代的趨勢(shì)。LiNiO2具有價(jià)格和儲(chǔ)量上的優(yōu)勢(shì)，其實(shí)際容量190mAh.g-1～210mAh.g-1已接近理論容量的70～80％，但工作電壓低、制備難度大。尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰LiMn2O4具有較好的正極材料特性，具有價(jià)格低廉、工作電壓高、自放電小、安全無(wú)污染、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是鋰離子動(dòng)力電池首選正極材料，但隨著電池充放電循環(huán)的進(jìn)行，出現(xiàn)容量衰減的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致循環(huán)性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰及其制備方法，它是以碳酸鋰和電解二氧化錳為原料、經(jīng)過(guò)摻雜改性，以多元摻雜的方式，經(jīng)高溫固相燒結(jié)而成電容量高的產(chǎn)品，能有效改善產(chǎn)品的循環(huán)性能；制備方法簡(jiǎn)單易控制、生產(chǎn)工藝流程短，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明提出的錳酸鋰按質(zhì)量百分比為含量大于92％的電解二氧化錳MnO270～72％、含量大于99.9％的碳酸鋰Li2CO315～17％、含量大于70％的氧化鈷CoO 10～20％以及由鎳Ni、鉻Cr、鐵Fe、錳Mg、硒Si、氟F組成的多元摻雜體1～3％。
其制作方法為將粒徑10～20μm的電解二氧化錳、粒徑5～10μm的碳酸鋰、粒徑5～10μm的氧化鈷和多元摻雜體按上述比例充分混合在一起，將混合均勻的上述原料置入連續(xù)式燒結(jié)爐中，先在110～130℃的溫度下恒溫加熱12～15h，接著在550～750℃溫度下恒溫加熱18～20h，最后在800～850℃溫度下加熱12～15h。焙燒反應(yīng)完后在連續(xù)式燒結(jié)爐中自然冷卻10小時(shí)，分級(jí)檢驗(yàn)即得到產(chǎn)品。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提出的制備方法工藝簡(jiǎn)單易控制，縮短了流程，節(jié)省反應(yīng)時(shí)間，可降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，并能夠保證合成錳酸鋰為尖晶石結(jié)構(gòu)，并可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，日產(chǎn)可達(dá)1100公斤。
2、本發(fā)明在制備中采用多元摻雜的方式，使LiMn2O4的尖晶石結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)移固并可在表面形成保護(hù)膜，加入的鈷、鎳、鉻、鐵、鎂、硒、氟元素不是進(jìn)入尖晶石八面體中心位置取代錳而是在尖晶石晶胞間存在，起穩(wěn)定尖晶石作用，防止被破壞；這些元素對(duì)尖晶石胞體穩(wěn)定影響不大，在充放電過(guò)程中，鋰離子能在尖晶石晶胞中自由出入。
3、本發(fā)明獲得的產(chǎn)品容量高，循環(huán)性能好，該產(chǎn)品在EC∶DMC(1∶1)+1mol/1LiPF6電解液中表現(xiàn)出較好的充放電性能和良好的循環(huán)性能，并且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，首次放電容量達(dá)130mAh.g-1，500次循環(huán)后容量持有率可達(dá)73.41％。
權(quán)利要求
1.鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰，其特征在于錳酸鋰組成按質(zhì)量百分比為含量大于92％的電解二氧化錳MnO270～72％、含量大于99.9％的碳酸鋰Li2CO315～17％、含量大于70％的氧化鈷CoO 10～20％以及由鎳Ni、鉻Cr、鐵Fe、錳Mg、硒Si、氟F組成的多元摻雜體1～3％。
2.如權(quán)利要求1所述鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰的制備方法，其特征在于將粒徑10～20μm的電解二氧化錳、粒徑5～10μm的碳酸鋰、粒徑5～10μm的氧化鈷和多元摻雜體按比例混合均勻，上述原料置入連續(xù)式燒結(jié)爐中，先在110～130℃的溫度下恒溫加熱12～15h，接著在550～750℃溫度下恒溫加熱18～20h，最后在800～850℃溫度下加熱12～15h，焙燒反應(yīng)完后，在連續(xù)式燒結(jié)爐中自然冷卻10小時(shí)，分級(jí)檢驗(yàn)即得到產(chǎn)品。
全文摘要
一種鋰離子電池用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尖晶石錳酸鋰及其制備方法，將粒徑10～20μm的電解二氧化錳、粒徑5～10μm的碳酸鋰和粒徑5～10μm的氧化鈷混合均勻，經(jīng)多元摻雜、高溫固相燒結(jié)而成，按質(zhì)量百分比為含量大于92％的電解二氧化錳MnO
文檔編號(hào)H01M4/48GK1455466SQ0311780
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者楊永平, 陳寶榮, 何鵾曙, 肖揚(yáng) 申請(qǐng)人:楊永平