[发明专利]一种锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电池材料及其制备方法，特别是关于一种锂离子二次电池的正极活性物质锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

锂电池是20世纪90年代迅速发展起来的新一代二次电池，锂离子电池与镍氢电池以及镍镉电池相比具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应、环境污染小的优点。而锂电池的性能主要取决于电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。目前，锂电池正极材料已经从单一的钴酸锂材料，发展到钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等多种材料齐头并进的阶段。锰酸锂作为锂离子电池的正极材料，主要应用在以下几个方面：(1)便携式电子设备，如笔记本电脑、摄像机、照相机、游戏机、小型医疗设备等；(2)通信设备，如手机、无绳电话、卫星通讯、对讲机等；(3)军事设备，如导弹点火系统、大炮发射设备、潜艇、鱼雷及一些特殊的军事用途；(4)交通设备，如电动汽车、摩托车、自行车、小型休闲车等。在众多的锂离子电池正极材料中，锰酸锂具有价格便宜、安全性能好、电压平台高、无毒无污染等优点，因此，锰酸锂的应用十分广泛。

现有的锰酸锂的制备方法多采用固相合成方法，该固相合成方法往往需要使用较高的工艺温度和较长的焙烧时间，能量消耗大，并且采用该方法制成的锰酸锂，其材料性能较差。

中国发明专利第03117801.4号公开了一种锂离子电池用结构稳定的尖晶石锰酸锂及其制备方法，该方法将粒径10-20μm的电解二氧化锰、粒径5-10μm的碳酸锂和粒径5-10μm的氧化钴混合均匀，经多元掺杂、高温固相烧结而成，按质量百分比为：含量大于92％的电解二氧化锰70-72％、含量大于99.9％的碳酸锂15-17％、含量大于70％的氧化钴10-20％以及由镍Ni、铬Cr、铁Fe、锰Mg、硒Si、氟F组成的多元掺杂体1-3％。

另外，中国发明专利申请第200710147060.6号公开了一种Si掺杂LiMn₂O₄锂离子电池正极材料的制备方法。其以锰盐、锂盐、有机硅烷为原料，按照LiMn_2-xS_ixO₄物质的量比(x＝0.1)，以乙醇作溶剂生成Li、Mn、Si的均相溶液，制得均匀前驱体，再通过分段加热固相法，高温制备Si掺杂LiMn₂O₄锂离子电池正极材料。

然而，上述固相合成方法均存在工艺温度高、加工时间长、能量消耗大等缺陷，生产出的锰酸锂的性能也不是十分理想。

因此，提供一种新型的锰酸锂正极材料及其制备方法成为业界需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种需要温度低、工艺时间短且能耗少的锰酸锂正极材料的制备方法，并且提供一种结构稳定且性能优良的锰酸锂正极材料。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种制备锰酸锂正极材料的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将碳酸锂、二氧化锰和氯化钠按照Li∶Mn∶NaCl＝(0.95-1.15)∶(1.8～2.2)∶(3.0-5.0)的摩尔比混合均匀；

(2)将上述混合料在800-900℃温度下进行合成，得到锰酸锂晶体；

(3)将步骤(2)合成的锰酸锂在纯水中浸泡，将所述氯化钠溶解，洗涤去除所述氯化钠；

(4)将步骤(3)所得产物烘干，得到锰酸锂正极材料。

本发明采用盐熔法进行锰酸锂的合成，可选用价格便宜的电解二氧化锰为原料，利用熔盐在高温下产生的液相，使得锰酸锂的合成在有液相存在的条件下反应。

优选地，在上述本发明的方法中，步骤(1)中Li、Mn和NaCl的摩尔比为(0.95-1.15)∶(1.9～2.1)∶(3.0-5.0)；更优选地，Li、Mn和NaCl的摩尔比为(0.99-1.15)∶2∶(3.5-5.0)。

进一步地，在上述本发明的方法中，以各制备原料的总重量计，在步骤(1)中还混合有少量掺杂剂，例如，0.05wt％-3wt％的掺杂剂，更优选为0.10wt％-2wt％的掺杂剂。