[发明专利]一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法。

背景技术

由于尖晶石LiMn₂O₄具有较高比能量、低成本、低污染等优势，最有希望成为下一代锂离子蓄电池正极材料，但其循环性能差限制了其应用。目前对该材料的研究正集中于LiMn₂O₄的改性上，以提高LiMn₂O₄的循环性能，众多研究表明，用掺杂Fe、Co、Ni、Zn、Mg等金属元素，形成LiM_xMn_2-xO₄(M为掺杂元素)来稳定尖晶石结构是解决这种正极材料循环容量下降的最有效方法。

目前工业化生产锰酸锂的方法主要是高温固相法。对于固相合成法而言，通常是采用两步烧结的方法，这在一定程度上加大了生产成本。另外，原料混合的均匀程度和颗粒大小是影响材料性能的重要因素，所以不同的混料方式可能会对物料的混合程度和粒度分布以及合成产物的性能有一定的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够节约生产成本、提高原料混合均匀程度、有效保证粒度分布均匀的同时降低生产成本的一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、按照锂锰摩尔比为0.5-0.6，称量锂源化合物和其中一种掺杂化合物放入高速混合造粒机中进行混料，混料时间设置为10-30分钟；

(2)、再加入另一种掺杂化合物进行混合，混合时间设置为10-30分钟；

(3)、最后加入锰源化合物充分混合，混合时间设置为30-60分钟；

(3)、待所有反应物混合均匀后，按配比加入粘合剂进行造粒；

(4)、放料，将物料放入烘箱中干燥；

(5)、待干燥完成后，放入气氛炉进行煅烧；

(6)、将煅烧后的物料解碎，过筛，进行各项性能检测；

其中，锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂或者硝酸锂中的一种；掺杂化合物为氢氧化铝或四氧化三钴中的一种；锰源化合物为二氧化锰或四氧化三锰中的一种，掺杂氢氧化铝、四氧化三钴的量分别是碳酸锂质量的6-10％和5-8％。

上述的一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法，造粒是用3％的聚乙烯醇(PVA)作粘合剂，物料中水分含量10-20％，干燥温度为100-200℃。

上述的一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法，煅烧是指1h从室温升温至350℃，在该温度下保温4h，再2h升至950℃保温5h，然后2h降至650℃保温15h，最后自然降温。

本发明一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的方法的优点是：每加入一种物质都先混合一段时间再加入另一种物质进行混合，该法改善了材料混合的均匀性，从而促进了固相反应的发生，提高了材料的电化学性能。制备工艺简单，能够使得材料的性能提高，并且适合工业化大生产。

附图说明

图1为一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的SEM图；

图2为一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的XRD图；

图3为一步烧结固相反应制备复合掺杂锰酸锂的首次充放电曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

实施例1：

(1)称量715g碳酸锂，58g氢氧化铝倒入高速混合造粒机中混合30分钟。

(2)再加入44g四氧化三钴进行混合30分钟。

(3)最后加入3183g二氧化锰整体混合60分钟。

(4)加入3％的聚乙烯醇进行造粒，水分含量12％。

(5)将颗粒于100℃干燥，充分干燥后进行烧结，1h从室温升温至350℃，在该温度下保温4h，再2h升至950℃保温5h，然后2h降至650℃保温15h，最后自然降温。

(6)将煅烧后的物料解碎，过筛，进行各项性能检测，结果如图1-图3所示。

实施例2：

(1)称量686g氢氧化锂，48g四氧化三钴倒入高速混合造粒机中混合20分钟。

(2)再加入36g氢氧化铝进行混合20分钟。

(3)最后加入3118g四氧化三锰整体混合40分钟。