专利名称：一种锰酸锂正极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及锂电池正极材料的制备，尤其是ー种锰酸锂正极材料的制备方法。
背景技术：
在锂离子电池中，正极材料是其最重要的組成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。尖晶石型LiMn2O4是近年来被广泛关注的锂离子极材料之一，与目前商业用正极材料 LiCoO2相比具有资源丰富、价格低廉、无毒无污染等优点，尖晶石锰酸锂的主体结构是由氧离子作规则的立方紧密堆积组成，锂离子和锰离子分别占据在四面体和八面体空隙中，它的最简式为LiMn2O4，具有Fd;3m(No. 227)的空问群，锂离子分布在锰氧八面体周围的三维孔道中，从而保证它在孔道中的迁移，使充放电过程具有良好的循环性能。尖晶石型LiMn2O4相对于金属锂的嵌入.脱出电位在4V左右，与LiCoO2和LiNiO2 接近。锰的自然资源丰富，在锂离子电池的大量使用中可以保持低成本。而且锰化合物在电池行业中使用的历史很长，对锰化合物的处理和回收的经验丰富，不会对环境造成很大的污染。研究表明，合成方法对产物结构和性能具有重要的影响，因此，发展新的方法来制备尖晶石型LiMn2O4材料成为改进其性能的重要途径之一。目前常用来制备LiMn2O4的方法主要为传统固相法，此方法简单快捷，但混料不均，原料受热不均勻，产品粒径不均勻，物相纯度受到局限，且电カ消耗巨大，成本较高能耗大，产品性能较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种锰酸锂正极材料的制备方法，能够得到结晶度均勻的锰酸锂，同时粒径较小、均勻一致，还避免了电炉烧结合成中物料受热不均勻，同时明显减少了烧结时间。一种锰酸锂正极材料的制备方法，其特別之处在干，包括如下步骤(1)按照可溶性锂盐锰的化合物掺杂剂=(0. 5 0. 65) (1 1.2) (0.01 0.02)的摩尔比加入到足以使上述成分完全溶解的去离子水中搅拌使其混合均勻；(2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末；(3)将所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以2 4kW加热6 他，再以800 IOOOff保持5 8h，即得锰酸锂；(4)将所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤至少三次，然后经130 150°C烘干，再过 200目筛即得锰酸锂正极材料。步骤O)中前驱体是通过喷雾热解的方法沉降得到的。步骤(1)中的可溶性锂盐为硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂和卤化锂中的至少ー种；猛的化合物为ニ氧化锰、硝酸锰和乙酸锰中的至少ー种，掺杂剂是选自MgC03、Cr203、Al203、Co203、V2O5和稀土氧化物中的至少ー种。本发明通过喷雾热解沉降的方法制备出均勻的锰酸锂前驱体，该エ艺采用在液相中混合反应物的方法，实现物料间分子级的混合，而在喷雾干燥的过程中，使得水分被迅速烘干，以锰为凝结核，其他元素物质附着在凝结核周围，以粉末形态沉降下来，达到均勻混合的目的，又通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均勻，产物颗粒更为均勻一致，结晶度更好，提升产品品质，有利于制备性能稳定的锰酸锂，且能节省能源，縮短生产周期，提高生产效率。
图1是实施例1中合成样品的XRD图，可以看出样品的结晶度高，晶相较纯；图2是实施例1中合成样品的SEM形貌图，可以看出颗粒规则，粒径均勻。
具体实施例方式为了实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的，主要通过喷雾热解沉降的方法，得到均勻混合的锰酸锂前驱体，然后再进行微波烧结，制得粒径均勻的锰酸锂正极材料。实施例11)将碳酸锂、ニ氧化锰、碳酸镁按照Li Mn Mg = 0. 6 1. 1 0. 015的摩尔比加入到去离子水中，搅拌，均勻混合。2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解后得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末。3)所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以3kW加热7h，再以900W保持6h，即得结晶度好、物相均勻的锰酸锂。4)将上述所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤三次，经140°C烘干，然后再过200目筛，得到品质优良的锰酸锂正极材料。本发明通过上述实施例1的样品的XRD图如图1所示，物相很纯，结晶度亦很好， 其形貌如图2所示。实施例21)将碳酸锂、ニ氧化锰、碳酸镁按照Li Mn Mg = 0. 5 1 0.01的摩尔比加入到去离子水中，搅拌，均勻混合。2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解后得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末。3)所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以2kW加热他，再以800W保持8h，即得结晶度好、物相均勻的锰酸锂。4)将上述所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤三次，经130°C烘干，然后再过200目筛，得到品质优良的锰酸锂正极材料。实施例31)将碳酸锂、ニ氧化锰、碳酸镁按照Li Mn Mg = O. 65 1.2 0. 02的摩尔比加入到去离子水中，搅拌，均勻混合。
2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解后得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末。3)所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以4kW加热他，再以1000W保持紐，即得结晶度好、物相均勻的锰酸锂。4)将上述所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤三次，经150°C烘干，然后再过200目筛，得到品质优良的锰酸锂正极材料。实施例41)将碳酸锂、ニ氧化锰和硝酸锰混合物(摩尔比为1 1)、碳酸镁按照 Li Mn Mg = 0. 65 1.2 0. 02的摩尔比加入到去离子水中，搅拌，均勻混合。2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解后得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末。3)所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以3kW加热6h，再以1000W保持5h，即得结晶度好、物相均勻的锰酸锂。4)将上述所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤三次，经150°C烘干，然后再过200目筛，得到品质优良的锰酸锂正极材料。
权利要求
1.一种锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在干，包括如下步骤(1)按照可溶性锂盐锰的化合物掺杂剂=(0.5 0. 65) (1 1. 2) (0. 01 0. 02)的摩尔比加入到足以使上述成分完全溶解的去离子水中搅拌使其混合均勻；(2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，得到物料均勻混合的锰酸锂前驱体粉末；(3)将所得前驱体粉末置于微波烧结炉内，以2 4kW加热6 他，再以800 1000W 保持5 8h，即得锰酸锂；(4)将所得锰酸锂样品经纯水洗涤、过滤至少三次，然后经130 150°C烘干，再过200 目筛即得锰酸锂正极材料。
2.如权利要求1所述的ー种锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于步骤O)中前驱体是通过喷雾热解的方法沉降得到的。
3.如权利要求1或2所述的ー种锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于步骤⑴中的可溶性锂盐为硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂和卤化锂中的至少ー种；锰的化合物为ニ氧化锰、 硝酸锰和乙酸锰中的至少ー种，掺杂剂是选自MgC03、Cr2O3> A1203、Co2O3> V2O5和稀土氧化物中的至少ー种。
全文摘要
本发明涉及锂电池正极材料的制备，尤其是一种锰酸锂正极材料的制备方法，其特点是，包括如下步骤(1)按照可溶性锂盐∶锰的化合物∶掺杂剂＝(0.5～0.65)∶(1～1.2)∶(0.01～0.02)的摩尔比加入到去离子水中搅拌；(2)将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解；(3)置于微波烧结炉内，以2～4kW加热6～8h，再以800～1000W保持5～8h，即得锰酸锂；(4)经纯水洗涤、过滤至少三次，然后经130～150℃烘干，再过200目筛即得。本发明通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均匀，产物颗粒更为均匀一致，结晶度更好，提升产品品质，有利于制备性能稳定的锰酸锂。
文档编号H01M4/505GK102544471SQ201110445699
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者王少卿 申请人:彩虹集团公司