[发明专利]用于锂离子电池的高结晶尖晶石型锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及尖晶石锰酸锂的制备方法，尤其涉及用于锂离子电池的高结晶尖晶石型锰酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、污染少、无记忆效应、体积小、重量轻等优点，在手机、笔记本电脑、电动工具等小型移动式电子产品领域得到广泛应用，是未来电动自行车、电动汽车领域中最有发展潜力的电池。

目前商业化锂离子电池正极材料主要是钴酸锂(LiCoO₂)、尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄、镍钴锰酸锂Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂。由于钴资源的稀缺、昂贵的价格、以及其毒性对环境的影响，加之钴酸锂在充放电循环过程中热稳定性偏低，因此钴系酸锂的大规模应用发展潜力必然受到限制；相比而言，尖晶石型锰酸锂由于锰资源的丰富、价格的低廉、环境的友好，同时又具有高倍率充放电性能、较好的热稳定性和安全性能，因此，锰酸锂作为锂离子电池正极材料，尤其是在电动工具、电动车等高功率锂电池中的应用是非常有前途的。

然而，传统的锰酸锂在长充放电循环过程、特别是在高温充放电循环下，因锰的溶解，导致电池循环性能明显下降，另外在放电终止时易发生Jahn-Teller结构变形，这些因素都降低了电池的高温循环性能、循环性能及大电流工作性能。虽然通过掺杂、表面包覆等方法在一定程度上能减少锰的溶解而提高了循环性能，但由于非活性物质的加入，往往会牺牲电池能量密度，同时使得制备工艺复杂化，通常引入的杂质元素主要是Co、Ni等也会造成环境污染和成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、提高结晶度的用于锂离子电池的高结晶尖晶石型锰酸锂的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种用于锂离子电池的高结晶尖晶石型锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选择：选择粒径为3～25um的电池级电解氧化锰；平均粒径≤8um的电池级含锂化合物，其杂质含量≤0.5％；

(2)将氧化锰与含锂化合物按1∶0.56～0.58的锰/锂摩尔比均匀混合后，经球磨、压制成块状混合物；

(3)将所述步骤(2)所得的混合物入连续式烧结炉，于氧浓度≥30％的含氧气氛中，在730～810℃温度下恒温加热12～24h；焙烧反应完成后，在连续式烧结炉中自然冷却10～30h，分级检验即得到产品Li_1+xMn₂O₄，其中0＜x＜0.2。

所述步骤(1)中的氧化锰为二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的任意一种。

所述步骤(1)中的含锂化合物为碳酸锂或氢氧化锂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明是在高氧气氛中进行，因此，可以有效地减少尖晶石型锰酸锂的氧缺陷，提高材料的结晶度，从而提升尖晶石型锰酸锂的结构稳定性，降低了在长循环和高温循环过程中锰的溶解，而改善电池的循环性能。

2、采用本发明制备的锰酸锂样品用X-Ray多晶粉末衍射仪进行微结构表征测试(检测条件：将待测样品置于衍射仪样品台位置后，用阶梯扫描方式采集衍射全谱，阶宽：0.02°，每步停留时间2S，2范围：10～80°。)，可以发现本发明所得的产品随着烧结气氛中氧气含量的增加，锰酸锂各主要衍射峰半高宽降低，表明所制备的样品晶体缺陷减少，即结晶度得到提高(参见图1、表1)。

表1：本发明制备的锰酸锂样品的主要衍射峰半高宽值