[发明专利]一种单晶多面体形貌锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶多面体形貌锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将锰源在600～1000℃进行焙烧，得到高温热处理过的锰源，将其破碎、过筛得到高温处理过的锰源粉末；B)按照化学式Li_xMn_2‑yM_yO₄，称取原料锂源、步骤A)中的锰源粉末以及掺杂元素M，其中1≦x≦1.1，0≦y≦0.2，M为钴、镍、铝、镁、硼、锶的一种或多种，混合均匀；C)将混合粉料先在350～520℃进行一段焙烧，再在580～680℃进行二段焙烧，最后在700～900℃进行三段焙烧，即得Li_xMn_2‑yM_yO₄。本发明的单晶多面体形貌的锰酸锂正极材料主要由一次颗粒构成，呈多面体形貌，颗粒大小均一，容量高，可以有效抑制二价锰在循环过程中的溶解，从而使得材料的循环性能特别是高温循环性能得到了显著的提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种单晶多面体形貌锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

近些年来，人们越来越重视环境、能源问题，也采取了一系列的措施去解决这些问题，其中包括大力发展新能源汽车的措施，而新能源汽车的发展离不开车内电芯的发展，在目前商业化的新能源汽车的电芯中，锂离子电池占了很大的比例，所以推动锂离子电池的大力发展已成为解决问题的关键之处。

锂离子电池之所以能够广泛应用于新能源汽车的电芯，是因为其相对于铅酸、镍氢、镍镉电池这样的传统的二次电池而言，具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、环境友好等特点。锂离子电池结构包括正极材料、电解液、隔膜、负极材料四大基本部分，其中正极材料作为提供锂源的材料，是锂离子的关键材料之一。

目前商业化的正极材料有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等材料，相对于最早应用的LiCoO₂材料而言，尖晶石型的LiMn₂O₄有着锰资源丰富、价格低廉、无毒、等优势也受到了广泛的关注。但在高温(55℃)下，锰的溶解、Jahn-Teller效应、电解液的分解等因素使得LiMn₂O₄的循环衰减较快，这也是限制锰酸锂大规模应用的重要影响因素。

单晶形貌的LiMn₂O₄相对多晶LiMn₂O₄而言，由于多晶是由很多一次颗粒团聚而形成大的二次颗粒，这样大大的增加了材料的比表面积，从而增加了材料表面的副反应，进而使得循环性能变差，而单晶形貌的LiMn₂O₄可以大大减少其比表面积以至于可以较好的抑制LiMn₂O₄在高温下的锰溶解，从而提高LiMn₂O₄的高温循环性能，除此之外，单晶形貌的LiMn₂O₄的物理性能特别是压实密度大大提升了。中国专利CN 106784795A公开了一种单晶类球形锰酸锂材料的制备方法：按照预设的材料分子式，在可溶性二价锰盐的溶液与碱的混合液中加入掺杂元素M源，混合在50～70℃下反应，之后通入氧气或空气氧化至溶液中无二价锰离子，过滤收集沉淀，干燥得到Mn₃O₄前躯体；将所述Mn₃O₄前躯体与锂源混合、烧结，即得产品。但是在该专利的方法中，Mn₃O₄前躯体存在结晶性不好的现象，导致合成的产品中，锂和锰的分布在微观尺度上存在偏析现象，从而使得产品的容量偏低(1C容量为101～109mAh/g)，而且烧结过程升温速率没有得到有效控制，导致合成的一次颗粒团聚而形成大的二次颗粒，不利于改善其高温循环性能。

发明内容