[发明专利]一种包覆改性锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子正极材料的制备领域，具体说是包覆改性锰酸锂的制备方法。

背景技术

尖晶石型锰酸锂以其锰资源丰富、成本低、安全性好、无环境污染、易制备等优点成为动力锂离子电池正极材料的首选，但阻碍动力电池型锰酸锂产业化能力形成的主要原因是其性能不够稳定，即其在充放电循环过程中，容量衰减较快，高温下尤其明显。影响其循环性能的因素主要在于：1、相结构的纯度及稳定性、微观形貌不规则；2、材料本身的Jahn-Teller效应；3、锰酸锂材料中锰的溶解等。而当前抑制Jahn-Teller形变的主要措施是体相掺杂，当金属阳离子取代三价锰离子后，晶格常数减小，晶胞收缩，尖晶石结构的稳定性增强并使锰的平均氧化态在3.55以上，从而达到抑制Jahn-Teller形变的目的。

目前，合成尖晶石型锰酸锂的主要方法可分为固相法和液相法两种。液相法如溶胶凝胶法，该方法广泛用于纳米陶瓷粉、薄膜和纤维涂层的制备。由于该方法可以实现反应物的原子级均匀混合，且合成温度低，因而制备产物的粒径多为纳米级，且均一性好、比表面积大、形态和组成易于控制。现有的溶胶凝胶法原理是多种金属阳离子能与有机酸形成螯合物，该螯合物可与多羟基酸聚合，从而形成阳离子均匀分布的固体聚合物前躯体，在真空条件下对前躯体进行热处理即可得到最终产物；但该方法制备时间长，工艺复杂，真空热处理过程难以控制，成本较高。

通常，动力锂离子电池组的输出电压在300—400V之间，需要大量单电池进行串联，串联电池的数目取决于单电池工作电压，单电池电压越高，串联单电池数量越少，相关控制电路越简单，整体电池组的可靠性和安全性越高，而锂离子电池的工作电压取决于正极材料的电压。因而尖晶石型锰酸锂正极材料的包覆改性，对制备高电位的正极材料具有重要意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种具有较高放电比容量和能量密度的包覆改性锰酸锂的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种包覆改性锰酸锂的制备方法，其包括以下步骤：

（1）将异丙醇铝溶于水中恒温加热搅拌成均匀溶液；

（2）将上述溶液加入至改性锰酸锂的基材中，再加热搅拌直至水蒸气挥发，从而在基材表面包覆一层凝胶膜；

（3）将包覆有凝胶膜的基材真空干燥、焙烧，得到包覆有氧化铝的包覆改性锰酸锂。

作为优选，步骤（2）中加热温度为80--90℃。

作为优选，所述焙烧温度为650--900℃。

作为优选，所述改性锰酸锂基材为掺镍改性锰酸锂。

其中，所述掺镍改性锰酸锂按以下方法制备：

a、配制醋酸锂、醋酸镍、醋酸锰混合溶液，向该混合溶液中加入间苯二酚，并搅拌，待间苯二酚完全溶解后加入甲醛溶液；

b、再将上述溶液置于恒温水浴中反应形成凝胶；

c、将凝胶置于烘箱中干燥后进行预烧结；

d、再将预烧结的产物研磨后进行二次烧结；

e、最后将二次烧结的产物研磨，得到所述掺镍改性锰酸锂。

作为优选，所述醋酸锂：醋酸镍、醋酸锰：间苯二酚：甲醛的摩尔比为1：X:（2—X）：（3--7）：（7-8）, 其中0.4≤X≤0.55。

作为优选，所述恒温水浴的温度为50—70℃，反应时间为10--14h。

作为优选，所述凝胶置于70--90℃的烘箱中充分干燥。

作为优选，所述预烧结、二次烧结均是在空气气氛中进行，采用匀速升温后恒温的烧结方式，然后自然降至室温得到产物。

作为优选，预烧结采用8--10℃/min的匀速升温速率升至300--400℃后恒温8—12h。

作为优选，所述预烧结产物研磨均匀后，再进行二次烧结，二次烧结采用4--6℃/min的匀速升温速率升至550--950℃后恒温8—12h。

从以上技术方案可知，本发明以醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍、间苯二酚、甲醛为原料制备掺镍改性锰酸锂，再将其用氧化铝包覆，加之，在制备过程采用预烧结，大大提高了产物的相纯度，并经过二次烧结提高了材料的结晶性能、放电比容量、能量密度、电化学性能。

具体实施方式

下面结合实施例详细介绍本发明的制备方法：

一种包覆改性锰酸锂的制备方法，其包括以下步骤：