[发明专利]一种球形碳酸锰及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形碳酸锰，特别是高密度球形碳酸锰的制备，主要用于制备干电池的一种锰化合物(二氧化锰等)，锂离子电池正极材料锰酸锂及其衍生产品，属化工产品。

背景技术

锂离子电池是一种新兴电源，它具有电压高、容量大、安全及环保等诸多优点，因此在二次电池领域受到广泛应用。目前锂离子电池的正极材料应用最为普遍的是钴酸锂，但钴材料价格昂贵，资源匮乏，而且钴有毒，对环境污染大。目前开发高性能、低成本的锂离子电池正极材料是此领域迅速发展的根本出发点。在现有的正极材料中，锰酸锂因其价格低廉、对环境无污染、安全性能好、高能量密度等优点而成为当今锂离子电池正极材料研究的热点之一。该材料在循环充放电时有容量衰减快的缺点，对此，人们从优化合成工艺、掺杂不同的元素和表面修饰等方面，致力于改善其循环稳定性的研究。

众所周知，粉体的形貌对材料的性能有重要的影响。现今，普通的高温固相合成的材料颗粒大小不一，微观结构组成差异较大，材料中出现表层“富锂”和中心“缺锂”的不同组分。材料组成不一致，带来了材料的结构缺陷，严重影响了材料结构的稳定性极其电化学性能。我们认为，球形的粉体颗粒在与锂盐合成正极材料的时候可以自由地使锂离子在晶体之间扩散，以形成均一的物相。同时，粉体的颗粒形貌、粒径与其堆积密度密切相关，不规则形状的粉体粒子混合时有严重的团聚和粒子架桥现象，颗粒堆积填充时粒子间存在较大的空隙，粉体堆积密度较低。规则的球形粒子堆积填充时，粒子间接触面小，没有团聚和粒子架桥现象，粒子间的空隙较少，粉体堆积密度较高。因此，通过正极材料粉体颗粒的球形化是提高材料堆积密度和体积比容量的有效途径。不仅如此，相对于无规则的颗粒，规则的球形颗粒表面比较容易包覆完整、均匀、牢固的修饰层，因此球形材料更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能，而且，球形产品还具有优异的流动性、分散性和可加工性能十分有利于制作电极材料浆料和电极片的涂覆，提高电极片质量。据此我们预计，球形化是锂离子电池正极材料的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的正是为了改进现今已有工艺技术的缺点和不足，提供了一种具有球形形貌的碳酸锰的制备方法，使制备出来的碳酸锰呈球形或类球形颗粒，具有流动性好、最高的堆积密度，能有效的提高粉体的振实密度使材料获得高的克比容量，从而提高锂离子电池电化学性能。

本发明以容易实现工业生产为前提，提供了一种简单制备具有流动性好的球形碳酸锰的方法，通过控制合成工艺，合成了球形碳酸锰粉体。实验结果表明以用这种碳酸锰为前驱体合成的锰酸锂显示出更好的性能，能提高锂离子电池电化学性能。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种球形碳酸锰，该碳酸锰粉体颗粒为球形结晶，平均粒径2～30微米(根据实际需要可进行调整)，松装密度1.3～1.8g/cm³(根据实际需要可进行调整)，振实密度可达到2.0g/cm³以上，锰含量≥47％。

一种球形碳酸锰的制备方法，按下述步骤进行：

①、首先用去离子水分别将工业级的锰盐与添加剂配制成锰盐浓度为0.1M～10M、添加剂浓度为0.05M～5M的溶液；

②、用去离子水将工业级的碱性沉淀剂、络合剂配成碱性沉淀剂浓度为0.1M～10M、络合剂浓度为0.05M～5M的溶液；

③、打开反应容器的搅拌，先投入容器1/10～2/3容积的去离子水或沉淀剂做底水(根据实际需要可将底水加热到30℃～100℃)。在强烈搅拌下，按①∶②＝1∶1～1∶10，使①∶②两种溶液同时在反应容器中进行复分解反应，控制PH值5～12；

④反应生成的沉淀溢流，进入过滤装置，用滤饼的1～10倍重量的去离子水洗涤数次，直到PH接近中性，各杂质离子含量达标后，然后过滤，滤饼在50～200℃的烘箱中烘2～10小时，即可烘干。

上述所用的钴盐为氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或几种。

上述所用的添加剂为柠檬酸铵、草酸铵中的一种或几种。

上述所用的碱性沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或几种。

上述所用的络合剂为氨水、柠檬酸、EDTA中的一种或几种。

本方法制备的碳酸锰是一种密度高、晶型结构完整、颗粒形状为球形或类球形的锰化合物，该锰化合物合成工艺简单、成本低、粒径可以控制，并且容易实现工业化。

本发明具有如下优点：