[发明专利]一种球形多孔锰酸锂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种球形多孔锰酸锂及其制备方法与应用，包括如下步骤：1)将锰源与有机配体按照设定比例加入到溶剂中，混合均匀，反应得到锰的有机复合物，所述有机配体为均苯三甲酸、偏苯三甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、苯甲酸、甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物；2)将分离、烘干后的锰的有机复合物与锂源混合均匀后，煅烧，得到球形多孔锰酸锂。本发明的锰酸锂的制备工艺温和，绿色环保可控，适于大规模生产，且锰源和锂源的原料种类较多。

技术领域

本发明涉及化学电池领域，尤其涉及一种球形多孔锰酸锂及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有工作电压高、重量轻、体积比能量高、无环境污染等优点，是现代通讯、IT和便携式电子产品(的理想化学电源，也是未来电动汽车优选的动力电源，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

在锂离子电池的组成中，正极材料是决定其安全性能、电化学性能以及未来发展方向的重要因素。在目前商品化的锂离子电池中，正极材料主要采用的还是钴酸锂，兼有部分镍酸锂和锰酸锂，以及少量三元材料。钴酸锂价格昂贵，安全性能不高；镍酸锂制备困难，电压低；而锰酸锂资源丰富，价格便宜，且安全性好，无环境污染，是现阶段锂离子电池正极材料最佳选择。

锰酸锂虽然有诸多优点，但也具有自身缺陷，即在循环过程中容量衰减严重。该问题主要体现在以下三个方面：(1)LiMn₂O₄易溶解于电解液中；(2)锰酸锂放电时有姜泰勒效应，使其尖晶石结构改变，影响容量和循环性能；(3)电解液易分解在电极表面易形成钝化膜产生自放电现象。针对上述问题一，可以采用体相参杂，加入金属阳离子M(其具有比Mn³⁺半径小与氧结合能比Mn大，如Al，Co，Li，Ni，B)起稳定晶胞作用，从而抑制姜泰勒效应；针对上述问题二和三，因其都与电解液关系紧密，解决方法多为采用特制电解液，使其不易分解，不与电极反应，降低锰离子溶解。但是通过这些方法所得改性产品容量仍与理论值相差很大，而且循环性能的改善程度亦非常有限。

球形化锰酸锂化不仅能够改善材料在电极制备时浆料的流动性，而且能够提高电池的循环性，从整体改善单体电池甚至电池组的品质。综上，探索球形多孔化的锰酸锂尤为重要。专利CN 102267726 A报道了报道了一种球形锰酸锂的制备方法，包括如下步骤：将锂盐水溶液与锰盐水溶液均匀混合制得阵溶液或介稳状态的胶体溶液，之后经喷雾干燥制得球形粒子前驱体，然后将球形粒子前驱体进行动态焙烧热处理。用这种方法制得的锰酸锂并非多孔，其电化学性能一般。专利CN102931393B一种多孔球形结构的锰酸锂正极材料及制备方法，需要先将碳酸锰粉体煅烧得到多孔球形三氧化锰前驱体，然后前驱体与氢氧化锂混合均匀后，再煅烧才能得到多孔球形锰酸锂，该方法需要两次煅烧，工艺复杂，且对锰盐和锂盐限制较为严格；专利CN104409719B多孔球状锰酸锂正极材料的制备方法，其中采用碳酸钠和氢氧化钠水溶液对锰盐进行沉淀，然后沉淀物与碳酸锂混合，焙烧，得多孔锰酸锂材料，该方法使用了强碱，容易存在安全隐患，且锂盐只能使用碳酸锂，较为单一。

所以，研发一种操作简单、原料来源广泛、制备的球形多孔锰酸锂性能优良的制备方法尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种球形多孔锰酸锂的制备方法，通过将锰酸锂球形多孔化获得锂离子电池正极材料，旨在加快在循环过程中的离子传输速度，并且改善锰酸锂在电极制备时浆料的流动性，从而有效提高锰酸锂作为正极材料的电化学性能。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种球形多孔锰酸锂的制备方法，包括如下步骤：

1)将锰源与有机配体按照设定比例加入到溶剂中，混合均匀，反应得到锰的有机复合物，所述有机配体为均苯三甲酸、偏苯三甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、苯甲酸、甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物；