[发明专利]一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用

说明书

本发明提供一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用。其中，制备方法包括以下步骤：步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后得到反应产物；步骤二，对步骤一所得的反应产物进行洗涤、干燥、焙烧和过筛，得到锰酸锂用复合锰源。本发明的制备方法制备得到锰酸锂用复合锰源应用于高温固相法合成锰酸锂时，可有效地减少锰酸锂晶格氧缺陷的程度，提高产品性能和一致性；同时还可减少锰酸锂用复合锰源高温固相法合成锰酸锂时往窑炉中鼓入的空气量，提高单钵的装钵量。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用。

背景技术

锰酸锂(LiMn₂O₄)以廉价的工艺、简单的锰源、良好的使用性价比、良好的环保性和安全性能，在锂电池正极材料中已经逐渐占据低成本通用电池的使用情景。

虽然目前国内工业生产锰酸锂(LiMn₂O₄)还是以电解二氧化锰(EMD)为主，但是，已有研究表明用四氧化三锰(Mn₃O₄)代替EMD制备锰酸锂相比以EMD作为锰源来合成锰酸锂具有明显的优势。采用四氧化三锰作为锰源合成的锰酸锂电性能较EMD作为锰源合成的锰酸锂在容量、倍率、循环寿命等电性能方面都有明显提高。

然而，以四氧化三锰作为锰源合成锰酸锂是需氧反应，反应方程如下：8Mn₃O₄+5O₂+6Li₂CO₃＝12LiMn₂O₄+6CO₂，四氧化三锰烧结成锰酸锂必须是富氧气氛，如果仍然参照二氧化锰烧结锰酸锂(放氧反应)将给后续筛分造成极大困难，且氧缺陷严重。所以目前工业四氧化三锰合成锰酸锂过程中都需要在烧结时中鼓入大量空气，单匣钵装料量也较二氧化锰合成锰酸锂少很多，这不仅降低单位时间内烧结工段烧结总量，增加烧结时窑炉的热量耗散，而且即使在通入大量空气的情况氧气无法顺利地渗透到底物料参与反应，这样就导致底层物料氧化不完全，从微观上表现为锰酸锂晶格氧缺陷，从宏观上表现为产品烧结后硬度极大，需增加强力破碎工序才能进行筛分，单钵上层和下层差异明显一致性差，电性能也受到影响。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用，以解决目前工业四氧化三锰合成锰酸锂过程中出现的氧化不完全的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锰酸锂用复合锰源的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后得到反应产物；

步骤二，对步骤一所得的反应产物进行洗涤、干燥、焙烧和过筛，得到所述锰酸锂用复合锰源。

可选地，步骤一中，所述二氧化锰的加入量为所述金属锰粉质量的5-30％。

可选地，步骤一中，所述二氧化锰为电解二氧化锰、锰酸锂生产过程未烧结粉尘收集料、锰酸锂废料提取锂后所得二氧化锰、电解二氧化锰气流分级细粉中的一种或多种混合；

所述二氧化锰的体积中位粒径D50为3-15μm。

可选地，步骤一中，金属锰粉中锰含量大于99.5％，金属锰粉破碎和分级筛选后的粒径范围为5-200μm。

可选地，步骤一中，所述铵盐溶液的浓度为4-20g/L；

所述铵盐溶液中的铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或多种。