[发明专利]一种单晶锰酸锂材料的制备方法

说明书

本发明涉及化学电源技术领域，具体是一种单晶锰酸锂材料的制备方法，按所需配比称取原料锰化合物以及硫酸钠，加入到去离子水中，搅拌1‑10h后，在100‑150℃下反应10‑15h，冷却后过滤收集沉淀，使用去离子水洗涤1‑5次，干燥得到β‑MnO2前驱体；将所得到的β‑MnO2前驱体与锂源、掺杂元素M的化合物按一定比例进行混合，烧结后得到成品，成品分子式为Li1+aMn2‑a‑bMbO4，0≤a≤0.2，0b≤0.2，其中掺杂元素M为Al、Ti、Zr、Si、Zn、Mg、Ga、B、Cr、Co、Y中的一种或几种。本发明的有益效果通过水热法合成β‑MnO2作为前驱体，然后将β‑MnO2前驱体与锂源、掺杂元素化合物混合、烧结得到一种单晶锰酸锂材料，该锰酸锂材料具有空隙小、压实密度高、倍率性好、首放和循环性能高等优点。

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，具体是一种单晶锰酸锂材料的制备方法。

背景技术

锰酸锂（LiMn2O4）作为应用于锂离子电池的一种正极材料，近年来，因为其安全性、环境友好等性能，在电动电池得到了广泛的应用。

目前工业化生产的锰酸锂均为小尺寸的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，一次小晶粒尺寸较小，晶体缺陷较多，Li+扩散和迁移时受到的阻碍较多，产品表现出压实密度不高，倍率性能和循环性能不佳等缺点。

中国专利号CN102259931B提供一种锰酸锂电池材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锰源与掺杂离子源溶解于水中，然后加入碱性介质形成离子掺杂的锰氧化物沉淀，然后向其中通入氧化气体，当溶液pH值达到6~7时，结束通气；分离得到离子掺杂锰氧化物；(2)将离子掺杂锰氧化物与氢氧化锂水溶液混合，在150~500℃的水热条件下反应，得到锰酸锂；(3)向所得反应液中注入用作包覆的碳源与水的混合物、氧化物与水的混合物或者氧化物的前驱体盐溶液，充分搅拌后收集反应液，干燥得到中间产物；(4)在保护气氛下，将中间产物在500~800℃温度下烧结得到最终产品。

但是一种锰酸锂电池材料的制备方法，锰酸锂均为小尺寸的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，一次小晶粒尺寸较小，晶体缺陷较多，Li⁺扩散和迁移时受到的阻碍较多，产品表现出压实密度不高，倍率性能和循环性能不佳等缺点，不利于广泛的推广和普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶锰酸锂材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的锰酸锂均为小尺寸的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，一次小晶粒尺寸较小，晶体缺陷较多，Li+扩散和迁移时受到的阻碍较多，产品表现出压实密度不高，倍率性能和循环性能不佳等问题。

本发明的技术方案是：一种单晶锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

Ⅰ：按所需配比称取原料锰化合物以及硫酸钠，所述硫酸钠，化学性质稳定，不溶于强酸，易吸潮，暴露于空气中易吸湿成为含水硫酸钠；241℃时转变成六方型结晶，高纯度、颗粒细的无水物称为元明粉，极易溶于水，有凉感；味清凉而带咸，在潮湿空气中易水化，转变成粉末状含水硫酸钠覆盖于表面；

Ⅱ：将经步骤Ⅰ中配比完成的原料加入搅拌式反应釜中，添加一定量的去离子水进行搅拌；

Ⅲ：将经步骤Ⅱ中搅拌均匀的原料加入高温反应釜中进行高温反应；

Ⅳ：将经步骤Ⅲ中高温反应后的原料加入至冷却釜的内部进行冷却处理；

Ⅴ：将经步骤Ⅳ中冷却处理后的采用抽滤机进行过滤收集沉淀；

Ⅵ：将经步骤Ⅴ中收集的沉淀物加入去离子水进行洗涤；

Ⅶ：将经步骤Ⅵ中洗涤完成后的加入耙式真空干燥机进行干燥处理，干燥得到β-MnO2前驱体。

进一步地，所述将经步骤Ⅶ干燥得到的β-MnO2前驱体进行二次加工处理，而加工步骤为：