[发明专利]一种合成球形锰酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种可做为锂离子电池正极材料的球形锰酸锂的制备方法。

背景技术

锰酸锂材料是一种质优价廉的锂离子电池正极材料，它合成简单、安全环保，现已广泛应用于大容量锂离子动力电池中。合成锰酸锂的方法很多，但以固相反应法最为简单实用，是目前合成锰酸锂材料的主流方法。但固相法往往难以确保原料混合均匀，从而使得最终产品性能受到较大的影响。且一般固相法合成出的锰酸锂晶体相貌多为不规则形状，颗粒粒度均匀性不好，导致该材料加工成电池的工艺性能不佳。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点，提供一种形貌为规则的球形且性能优异的锰酸锂材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种合成球形锰酸锂的方法，包括如下步骤：

A)取电解二氧化锰或化学二氧化锰，以及碳酸锂，混合后球磨4～8小时，得到颜色均匀的褐色的粉末状混合物；粉末状混合物中锰和锂的摩尔比为1∶0.95～1.05；

B)将丙酮、羧甲基纤维素钠、乙醇和水按质量比15∶0.3～0.7∶35∶49.7～49.3的比例配成混合溶剂，再与粉末状混合物按0.5～0.7∶1的质量比混合(优选0.6∶1)，超声分散2～20小时，得到胶状混合物；超声分散时边搅拌边进行超声分散效果更佳；

C)将胶状混合物真空干燥、粉碎、压实，得到前驱体；真空干燥时，温度为60～80℃，时间为15～30小时；

D)将前驱体于400～750℃下焙烧10～18小时，冷却、粉碎、过筛，得到成品球形锰酸锂材料；优选过300目或者300目以上的筛。

本发明继承固相反应合成锰酸锂材料简单实用的优点，利用常见原料电解二氧化锰或化学二氧化锰、碳酸锂、丙酮、羧甲基纤维素钠(CMC)、乙醇、水，经过较少的步骤即可合成出球形锰酸锂材料。该材料的振实密度达到2.2～2.3g/cm³；该材料经过XRD检测为纯尖晶石锰酸锂结构，无明显杂质物质存在；经SEM检测，该锰酸锂的一次颗粒呈球形；经实际电池检验，该锰酸锂材料的比容量达到115mAh/g以上，1C 100％DOD循环600次容量保持率大于初始容量的77％。

具体实施方式

实施例1

1、称取1738.6g电解二氧化锰、701.86g碳酸锂、2500g二氧化锆磨球到球磨罐中，高速球磨4h，将粉和磨球分开，得到灰褐色粉料，待用。

2、称取300g丙酮、6gCMC、700g乙醇、994g水，搅拌混合均匀，待用。

3、称取步骤一中粉料2000g，称取步骤2中混合溶剂1200g，于3L不锈钢容器中边搅拌边超声分散4h，得到灰褐色、流动性极佳的胶状混合物，将该混合物于70℃下真空干燥24h，粉碎、压实，即得到所需前驱体。

4、将第三步所得的前驱体于马弗炉中以3℃/min的速率升温到400℃，保温4h，以3℃/min的速率升温到650℃，保温4h，自然降温到室温。粉碎，过300目筛即得到最终产品锰酸锂。经过XRD检测为纯尖晶石锰酸锂结构，无明显杂质物质存在；经SEM检测，该锰酸锂的一次颗粒呈球形。

5、取以上锰酸锂141g，偏聚氟乙烯9g，N-甲基吡咯烷酮90g，混合涂布在铝箔上，截取直径15mm的圆形极片作为正极片，以直径19mm的金属锂片作为负极片，聚丙烯微孔膜为隔膜，普通锂电电液为电解液，组装成模拟电池。在15mA/g的放电电流下放电，首次放电比容量为118.22mAh/g，将放电电流调整到150mA/g，放电比容量仍能维持在113.15mAh/g；1C 100％DOD循环600次容量保持率大于初始容量的77％。

实施例2

1、称取1738.6g化学二氧化锰、738.8g的碳酸锂、2500g的二氧化锆磨球到球磨罐中，高速球磨4h，将粉和磨球分开，得到灰褐色粉料，待用。

2、称取300g丙酮、6gCMC、700g乙醇、994g水，搅拌混合均匀，待用。

3、称取步骤一中粉料2000g，称取步骤2中混合溶剂1200g，于3L不锈钢容器中边搅拌边超声分散4h，得到灰褐色、流动性极佳的胶状混合物，将该混合物于70℃下真空干燥24h，粉碎、压实，即得到所需前驱体。