[发明专利]一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒及其制备方法和应用，掺杂锰酸锂球形二次颗粒的通式为LiM_xMn_2‑xO₄，其中掺杂元素M为Nb、Al或Ni中的一种，x的取值范围为0x≤1/3，表面包覆层为B₂O₃与Al₂O₃中的一种或两种。本发明的优点在于制备出的二次颗粒尺寸均匀性好，表面涂覆层致密、均匀；制备方法具有步骤简单、操作方便、价格低廉等突出优点；将该二次颗粒作为锂离子电池正极材料使用，安全性好且结构稳定。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒及其制备方法和作为锂离子电池正极材料的应用。

背景技术

锂离子电池具有单体电压高、比能量大、循环寿命长、对环境友好等突出优点，因而迅速在手机，笔记本电脑等便携式电子消费品市场占据重要位置，成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。现在用的锂离子电池正极材料主要由钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、富锂锰基材料等。其中，LiCoO₂做正极材料具有比能量高、循环性能好、制备工业简单等优点，但是安全性能差、且钴的价格昂贵、资源有限、污染大。与其他材料相比，锰酸锂具有资源丰富、价格低廉、及无污染等优点，特别是尖晶石结构锰酸锂安全性好、耐过充性能好、结构稳定，是锂离子电池，特别是储能型锂离子电池最有发展前途的正极材料之一；但是，锰酸锂的比容量低、高温(55℃)循环性能差等问题。另外，传统锰酸锂的制备方法是将电解二氧化锰与碳酸锂和氢氧化锂混合，然后在一定温度下进行焙烧。锰酸锂的形貌基本上维持着电解二氧化锰的形貌，主要由粉碎工艺决定，目前的工艺很难保证二氧化锰形貌呈规则球形，而且均匀性很差，导致锰酸锂的形貌差，不利于对锰酸锂进行表面包覆改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒及其制备方法和作为锂离子电池正极材料的应用，该方法具有步骤简单、操作方便、价格低廉等突出优点，制备出的颗粒尺寸均匀性好，表面涂覆层致密、均匀。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒，掺杂锰酸锂球形二次颗粒的通式为LiM_xMn_2-xO₄，其中掺杂元素M为Nb、Al或Ni中的一种，x的取值范围为0x≤1/3，表面包覆层为B₂O₃与Al₂O₃中的一种或两种。

本发明还提供了一种表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒的制备方法，包括

步骤a：将碳酸锂、二氧化锰、氧化锰和四氧化三锰，以及氧化铌或氧化镍或氧化铝中的一种进行混合，其中摩尔比(MnO₂):(MnO):(Mn₃O₄)＝6-8:1.5-2.5:1，(Li₂CO₃):(MnO₂+MnO+Mn₃O₄)＝2.5-3.5:1，(Nb或Ni或Al)/(Mn)＝i(0i≤0.2)，混合后球磨5-10h并混合均匀，得到粉体A；

步骤b：将粉体A加热到420-480℃，保温5-10h得到粉体B；

步骤c：将粉体B加热到750-800℃，保温10-20h得到粉体C；

步骤d：将粉体C与Al(OH)₃和B₂O₃中的一种或两种混合，经球磨3-5h后混合均匀，得到粉体D；

步骤e：将粉体D加热到720-780℃，保温5-10h，制得表面包覆的掺杂锰酸锂球形二次颗粒粉体。