[发明专利]一种锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉体材料制备技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法。 

背景技术

锂离子正极材料锰酸锂有许多优点：振实密度高，能达到2.0g/cm³以上；低温性能好；电池体积小；价格较低，可用于制作电动工具、电动自行车、混合动力车等电池。但是在实际使用中发现，锰酸锂正极材料还有部分缺陷，如在充放电循环过程当中，容易发生晶体晶格的歧变，造成晶格骨架的坍塌，这一现象在高温（如55℃）时表现得更加明显。掺杂改性被认为是增强锰酸锂晶体结构稳定性、提高高温循环性能的一种有效方法，而掺杂剂均匀分散是影响改性效果的关键因素。掺杂剂在锰酸锂中分散不均匀，容易造成锰酸锂材料改性效果不均一，表现在制备成电池后容量高低不一，电池一致性差。因此均匀掺杂和分散是提高锰酸锂性能，提升电池一致性的关键。 

 固料直接混合制备锰酸锂是最经济、最容易实现工业化的方法。专利ZL01131567.9提出采用锂盐、锰盐、掺杂盐在溶剂中搅拌浸渍得到流变态胶状物，经过烘干、焙烧等工序得到掺杂锰酸锂。由于锰盐、锂盐和掺杂剂为纳米级或微米级，该专利混料过程中容易发生占少量组分的掺杂剂和锂盐发生团聚，这种团聚小粒机械搅拌很难打散开，造成与锰盐分布不均匀，影响材料一致性。专利CN101462773提出采用电解MnO₂、Li₂CO₃、掺杂金属盐和分散剂在球磨机里球磨后得到浆料，再经过喷雾干燥得到前驱体，然后经过焙烧得到掺杂锰酸锂。该专利虽然在球磨机里加入分散剂改善分散效果，但是在混合的过程当中锂盐和掺杂剂容易沾在球磨罐壁和研磨球上，造成最终物料有损失，改变了原料配比，最终影响材料一致性。 

发明内容

本发明旨在提供一种工业化可行的锰酸锂前驱体均匀混料的方法。 

本发明为一种锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，其特征在于： 

将锰化合物选自为MnO₂、Mn₃O₄、Mn(OH)₂；锂化合物选自为Li₂CO₃、LiOH；掺杂剂选自为Cr、La、Ce、Zr、Ni的氧化物或氢氧化物；按照LiMn_(2-X)Me_XO₄：其中Me为掺杂改性剂，且0≤X≤0.1；以化学计量比依次加入到乙醇溶剂当中，同时打开超声波系统超声分散后，经过滤、烘干得到锰酸锂前驱体；将前驱体在800～1000℃下焙烧10～20 hr，得到均匀掺杂的锰酸锂。

如本发明所述的制备方法，其特征在于：采用超声波对混合原料进行超声分散，超声波系统频率20～50kHZ，输出功率为1～2kw/1kg固料，超声混合时间为1～2hr。                                   

    该发明的特点是制备锰酸锂前驱体的过程当中，在机械搅拌锰盐、锂盐和掺杂剂的同时，采用超声波系统向混合料液提供一种定向的能量，使得团聚在一起的纳米级或微米级的锂盐和掺杂剂团聚粒破裂、分散，使各种原料达到分子级分散的水平，从而实现各种原料均匀混合的目的。采用这种方法制备的锰酸锂正极材料掺杂剂分布均匀，锰酸锂产品一致性好。

  

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明： 

将本发明中的正极材料锰酸锂制成锂离子电池正极片，对电极为金属锂片，以LiPF₆/（EC+DMC）为电解液，组装成扣式电池在55℃条件下，采用LAND电池测试仪进行恒流循环性能测试，充放电限制电压4.3～ 3.0V，电流为1C。8组电池首次比容量分别见下表。

实施例1

    在5000ml烧杯中加入3000ml乙醇溶剂，开动搅拌器，按照LiMn_1.92Cr_0.08O₄化学计量比，分别称取19.2mol的MnO₂、0.8mol的Cr(OH)₃、5mol的Li₂CO₃依次加入到烧杯中，开动超声波系统，频率为25KHZ，输出功率2kW，搅拌1hr后过滤，然后烘干得前驱体。将前驱体在1000℃下焙烧15hr，得到掺杂锰酸锂。

实施例2