[发明专利]一种利用湿法掺杂制备锰酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学能源领域，特别涉及一种利用湿法掺杂制备锰酸锂的方法。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色环保、可再生的化学能源，目前正以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了移动电话、笔记本电脑、小型摄像机、数码照相机、电动工具、电动汽车、大容量储能设备等应用领域，而正极材料是制造锂离子电池的关键材料，锰酸锂作为其中的一种正极材料，具有价格低廉、安全性能高及对环境友好等特点，被认为是锂离子电池最有前途的正极材料之一，特别是随着动力电池的发展，安全、廉价的锰酸锂具有非常明显的竞争优势。

锰酸锂正极材料虽然具有价格低、安全性能高及对环境友好等优点，但是其充放电过程中容量衰减问题始终是制约其商品化的关键因素。

影响锰酸锂高温容量衰减的主要原因是Jahn-Teller效应，在尖晶石LiMn₂O₄正极材料中，由于Mn⁴⁺和Mn³⁺的数目相等，Mn的平均化合价为3.5，在电极深度放电或局部放电至Mn³⁺的比例超过50%这个临界点时，Mn的平均化合价小于3.5，LiMn₂O₄中Mn³⁺的d电子云呈非八面体对称性，尖晶石LiMn₂O₄的晶体结构将发生转变。其结果是Mn-O键沿c轴方向拉长，沿a轴和b轴方向缩短，晶型由立方晶相转变为四方晶相，这就是Jahn-Teller效应。这种效应所导致的尖晶石结构不可逆转变，也是LiMn₂O₄容量衰减的主要原因之一，其中Mn的平均氧化价变化是该效应的本质诱因。

表面修饰和掺杂在一定程度上可改善锰酸锂的化学性能。表面修饰是在电极表面包覆一层抗电解液侵蚀的物质，使正极材料和电解液隔离开来，有效地抑制锰的溶解和电解液分解，但是在锰酸锂表面包覆一层抗电解液侵蚀的物质，使正极材料的内阻增大，增加了循环过程中的极化，使得初始容量降低，高温性能也一般，表面修饰的收效不是很大。目前掺杂一般采用干法的方式掺杂过渡金属元素，即在高效混合时进行掺杂，此方法获得的材料均匀性不高，影响产品的一致性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种可有效降低容量衰减、提高循环性能的利用湿法掺杂制备锰酸锂的方法。

本发明提供一种利用湿法掺杂制备锰酸锂的方法主要包括掺杂碳酸锰的制备、掺杂四氧化三锰的制备与掺杂锰酸锂的制备等步骤，其中：

S1、掺杂碳酸锰的制备：采用湿法反应的方式，将氯化锰溶液、碳酸氢铵溶液及硝酸镧溶液加入反应釜中参与反应,生成氢氧化镧和碳酸锰的共沉淀；

S2：掺杂四氧化三锰的制备：将生成的氢氧化镧和碳酸锰的共沉淀物洗涤烘干后，放入窑炉中高温煅烧生成四氧化三锰和氧化镧，再将掺有氧化镧的四氧化三锰进行破碎、分级，得到合适粒度及完整的掺杂四氧化三锰晶体；

S3：将碳酸锂和掺杂四氧化三锰晶体按锂与锰的摩尔比为1.15:2混合，经高效混合机混合均匀后，放入窑炉中高温烧结，烧结后的物料经冷却、破碎、分级、过筛和除铁后，得到掺有镧元素的尖晶石状锰酸锂。

进一步地，所述步骤S1中反应过程中需控制的条件为：PH值为8-10，反应温度为30-50℃，搅拌速度为40-50HZ，表面活性剂十二烷基硫酸铵的加入量为50-100克，氯化锰和硝酸镧的加液流量为15-18L/h,碳酸氢铵加液流量为40-42L/h。