[发明专利]一种合成尖晶石锰酸锂原料二氧化锰锰含量及原料碳酸锂和二氧化锰配比的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种合成尖晶石锰酸锂原料二氧化锰锰含量及原料碳酸锂和二氧化锰配比的确定方法。 

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、体积小、重量轻、安全性好等特点，广泛应用于便携式电子电器、数码相机、笔记本电脑及手机通讯等消费品电子领域和电动工具、电动单车、电动汽车等动力能源领域。目前，主要商业化使用的锂离子电池正极材料有：尖晶石型锰酸锂、层状结构锂过渡金属氧化物和橄榄石结构的锂过度金属磷酸盐等。其中尖晶石锰酸锂由于优异的热稳定性、丰富的资源特性和良好的安全性，尤其备受瞩目。 

固相法工业化合成尖晶石锰酸锂的主要原料包括作为锂源的碳酸锂和作为锰源的二氧化锰（电解二氧化锰和化学二氧化锰），由于锰的氧化物存在多种价位，如Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺等，以及杂质含量差异等各方面原因，原料中氧化锰的锰含量存在波动现象，直接影响到原料配比和产物元素含量的精确性。因此，在合成锰酸锂及配料之前，需要对原料二氧化锰的锰含量及原料配比进行精确确定。 

传统的二氧化锰锰含量测定方法，不论是化学分析法(如络合法、滴定法等）还是一般仪器测试方法（如紫外光谱仪等），由于分析试剂的纯度、用量或者仪器设备操作准确性等原因，均存在较大的系统误差。 

在固相法工业化合成尖晶石锰酸锂的过程中，合成产物的Li/Mn摩尔比是表征原料配比精度和产物元素含量精度的重要参数，直接关系到锰酸锂产品的质量和锂离子电池的性能。影响合成产物的Li/Mn摩尔比精度的主要因素有： 

（1）原材料配比精度：如原料二氧化锰锰含量测定存在较大的系统误差、原料碳酸锂主含量测定的系统误差都影响到原料配比精度； 

（2）合成过程工艺条件：如合成过程中杂质的挥发、合成温度、时间、气氛、锂元素的挥发等工艺过程造成的系统误差，也会较大影响到Li/Mn摩尔比的精度。 

在现有技术中，由于忽略了合成工艺过程带来的过程系统误差，同时存在较大的测量系统误误差，使合成产物的Li/Mn摩尔比的精度和原料配比精度难于准确确定和控制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成尖晶石锰酸锂原料二氧化锰锰含量及原料碳酸锂和二氧化锰配比的确定方法，通过拟合合成尖晶石锰酸锂，精确测定合成产物的Li/Mn摩尔比来实现对原料二氧化锰锰含量及原料配比的精确确定，从而实现对合成产物Li/Mn摩尔比的准确控制。该方法避免了工艺过程带来的过程系统误差，同时也可以避免常规化学方法测量带来的测量系统误差，实现拟合工艺条件下对原料二氧化锰锰含量及原料配比的精确确定。 

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种合成尖晶石锰酸锂原料二氧化锰锰含量及原料碳酸锂和二氧化锰配比的确定方法，含以下步骤： 

(1)以碳酸锂为锂源，以二氧化锰为锰源，合成尖晶石锰酸锂，设定碳酸锂的质量为x，二氧化锰的质量为y，二氧化锰锰含量为a(w.t.%)，合成的尖晶石锰酸锂中锂/锰的摩尔比为b，碳酸锂和二氧化锰按照下述化学式进行化学反应，根据碳酸锂和二氧化锰的摩尔比，得出二氧化锰锰含量a与尖晶石锰酸锂中锂/锰的摩尔比b之间的关系公式为：a×b=1.487(xu%/y) 

其中：u%为原料碳酸锂的质量百分含量，其中u%≥99.5%；通常来说，u%能达到99.5%已经可以满足原料需求，但是如果u%的含量更高则更好，通常设定为常量； 

M₁为Li₂CO₃分子量，为73.89； 

M₂为Mn的原子量，为54.938； 

M₃为Li_2bMn₂O₄分子量，视b值计算而得； 

x为碳酸锂质量； 

y为二氧化锰质量； 

z为反应生成产物质量，为设定常量；