掺杂锰酸锂粉体的相转移合成方法 【技术领域】
本发明涉及一种锂离子电池正极活性材料的合成方法。特别是通过分别掺杂镍、钙、钴、钛、镓等元素一种或两种合成掺杂锰酸锂粉体的相转移合成方法。
背景技术
高性能低成本的锂离子电池研究开发，其关键材料在于正极材料的选择。目前国内外销售的锂离子电池95％以上用钴酸锂作为正极材料，但由于钴资源贫乏，价格昂贵，其废弃产品对环境严重污染，极大制约了其商品化的进程和广泛应用。由于锰价格低、资源丰富、无毒无污染对环境友好，掺杂锰酸锂作为锂离子电池正极活性材料易于实现产业化，已被认为是锂离子电池最具优势和广泛发展前景的正极材料。目前合成锰酸锂材料已有的研究报道的主要方法为高温固相反应法、溶胶-凝胶法、沉淀法和Penichi法等。其合成的锰酸锂粉体均匀性差，作为电极材料主要存在着容量衰减和结构不稳定等问题并一直没有得到很好解决，故尚末实现商品化批量生产。
【发明内容】
本发明提供一种结构稳定、充放电循环性能好和比容量高锂离子电池的掺杂锰酸锂正极活性材料合成新技术，即掺杂超细锰酸锂的相转移合成方法。本发明采用醋酸锂盐和锰盐以及掺杂剂为主要原料并配制成混合溶液，将上述混合物在70-80℃下搅拌反应3-4小时，然后加入表面活性剂CTAB和白油，保温、搅拌、静置，分相后冷却到室温分离弃去水相，将分离物于干燥箱中干燥后置于电炉中在800-850℃下灼烧12-15小时，随炉冷却后经研磨分散后即获得具有结构稳定和良好电化学性能的掺杂锰酸锂粉体产物。
具体合成步骤如下：
(1)根据所需合成产物的化学式计算计算醋酸锂盐和锰盐和掺杂剂的用量(锂盐的用量通常需要多加10～20％，弥补灼烧过程中的损失以使化学反应充分完全)。
(2)根据实验条件的改变来确定有机油的用量(体积比为20∶80)。
(3)将上述原料按合理比例称量，并配制成溶液。
(4)将配制好地溶液加入到恒温水浴锅里的反应釜中，在强烈搅拌下，进行合成反应3～4小时，然后加入白油，保温搅拌、静置。
(5)在反应产物静置分相后，过滤弃去水相于干燥中干燥，然后置于箱式电炉中在800-850℃下灼烧12-15小时，随炉冷却后经研磨分散即获得具有结构稳定和良好电化学性能的掺杂锰酸锂活性粉体材料。
该合成方法操作简单、方便、易于控制条件，合成的产品超细且粒径均匀，结构稳定，电化学性能良好，可适合作锂离子电池正极活性材料
【具体实施方式】
实施例一
以醋酸锂、醋酸锰、硝酸钴为原料用相转移法合成钴掺杂锰酸锂LiNi0.15Ca0.05Mn1.8O4的化合物。
1.根据所合成的产物的化学式LiNi0.15Ca0.05Mn1.8O4计算各种主要原料的用量。
合成1摩尔LiNi0.15Ca0.05Mn1.8O4需要1摩尔醋酸锂，1.8摩尔醋酸锰，0.15摩尔醋酸镍及0.05摩尔的氢氧化钙。考虑到为了使反应充分完全，需要增加10％的醋酸锂，因此醋酸锂的用量为1.1摩尔。
2.根据实验发现，制备过程相转移所用7％的CTAB溶液和白油体积量与反应体系的体积量比为20∶80。
3.将上述原料准确称量，加水配制成溶液。将配制好的溶液按加入到反应釜中，通过控制水浴温度70℃，在强烈搅拌下进行反应，3小时内反应完毕。
4.将反应产物体系加入CTAB溶液和白油，保温搅拌0.5小时后静置、分相、过滤、弃去水相，然后于烘箱中干燥后，再置于箱式电炉中在800-850℃下灼烧12小时，随炉冷却经研磨分散后即获得具有结构稳定和良好电化学性能的掺杂锰酸锂活性粉体材料。
实施例二
以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍为原料用相转移法合成钴掺杂锰酸锂LiMn1.8Ni0.2O4的化合物。
1.根据所合成的产物的化学式LiNi0.2Mn1.8O4计算各种主要原料的用量。
合成1摩尔LiNi0.2Mn1.8O4需要1摩尔醋酸锂，1.8摩尔醋酸锰，0.2摩尔醋酸镍。考虑到为了使反应充分完全，需要增加20％的硝酸锂，因此硝酸锂的用量为1.2摩尔。
2.根据实验发现，加入7％的CTAB溶液和白油体积量与反应体系的体积量比为20∶80。
3.将上述原料准确称量，加水配制成溶液。将配制好的溶液按加入到反应釜中，通过控制水浴温度80℃，在强烈搅拌下进行反应，4小时内反应完毕。
4.将反应产物体系加入CTAB和白油，保温搅拌0.5小时后静置、分相、过滤、弃去水相，然后在烘箱中干燥后置于箱式电炉中在800-850℃下灼烧15小时，随炉冷却后经研磨分散即获得具有结构稳定和良好电化学性能的掺杂锰酸锂活性粉体材料。