[发明专利]一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法。

背景技术

目前，制备锂离子电池正极材料锰酸锂的原料通常采用各种锰氧化物或锰盐等锰源材料。研究中发现SO₄^2-是影响锂离子电池正极材料锰酸锂电化学性能的重要杂质离子，降低锰源材料SO₄^2-的含量是提高锰酸锂电化学性能的最重要因素。目前，市场上各种锰氧化物或锰盐中SO₄^2-含量较高，一般为0.6％～2％，以这种锰源材料制成的锰酸锂产品SO₄^2-含量达到0.8％-2％，严重影响锰酸锂正极材料的电化学性能。因此，如何降低锰源材料中SO₄^2-的含量，是解决锂离子动力电池正极材料锰酸锂高温循环性能和储存性能的关键技术之一。

据文献报道，高温处理是降低锰源材料中SO₄^2-含量的有效方法，SO₄^2-在高温条件下发生如下反应：SO₄^2-→SO₂+O₂。该反应为吸热反应，温度越高，反应越彻底，SO₄^2-的去除率越大，但温度越高，对锰源材料的结构破坏越大，制备的锰酸锂结构特性越差，导致锰酸锂的电化学性能变差。因此，如何在较低温度下有效降低锰源材料中的SO₄^2-含量，是改善锰酸锂除杂效果的关键。从SO₄^2-的去除反应方程式还可以看出，该反应为还原反应，在温度一定的条件下，添加适量的还原剂有利于反应的进行，可显著地改善SO₄^2-的去除效果。

发明内容

本发明的目的是为了不降低锰酸锂材料电性能首放容量的前提下，显著提高电能的循环性能，提供一种降低SO₄^2-含量的锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法，其特征是以碳(C)为还原剂、以二氧化硅(SiO₂)为包覆剂，先将还原剂和包覆剂添加到锰源材料中进行高温烧结，制成SO₄^2-质量百分含量≤0.15％的锰酸锂前躯体，再以此锰酸锂前驱体与碳酸锂混合后烧结，最终制成SO₄^2-质量百分含量≤0.13％的锰酸锂产品。SO₄^2-在高温条件下发生还原反应：SO₄^2-→SO₂+O₂。本发明选择碳(C)做为该反应的还原剂，有利于还原反应的进行，可显著地改善SO₄^2-的去除效果，达到明显改善锰酸锂的改性效果。

所述的锰源材料包括电解二氧化锰、化学二氧化锰、碳酸锰中的一种或两种。

本发明中所述锰源材料与还原剂C的质量比为1︰0.01～0.1，锰源材料与包覆剂SiO₂的质量比为1︰0.01～0.1，按比例混合后的混合物放入烧结炉中，锰酸锂前驱体烧结制度为以1～5℃/min的速度升温至600～900℃，烧结3～20h，以1～5℃/min的速度降温至300℃，随炉冷却至室温，经过粉碎研磨，过200目筛，得到SO₄^2-质量百分含量≤0.15％的锰酸锂前躯体。再将此锰酸锂前驱体与碳酸锂按Mn︰Li＝2︰1.05的的摩尔比配料混合，锰酸锂烧结制度为以5℃/min的速度升温至800℃，烧结16h，再以5℃/min的速度降温至室温，研磨，过筛，最终得到SO₄^2-质量百分含量≤0.13％的锂离子动力电池正极材料锰酸锂产品。

本发明所述的锰源材料包括电解二氧化锰、化学二氧化锰、碳酸锰中的一种或两种。当锰源材料为两种时是，两种锰源材料投料质量比为1：1。