[发明专利]一种锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法，该锂铝硼复合掺杂的锰酸锂的化学式为：Li_1+xMn_2‑xAl_xO₄·0.3xLiBO₂，其中，0＜x≤0.2。本发明通过采用喷雾造球后二段焙烧的方法制得形貌规则，粒径均匀的多孔球形锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料。通过在锰酸锂晶格中引入锂、铝、硼这三种元素，硼以LiBO₂形式与锰酸锂形成Li_1+xMn_2‑xAl_xO₄·0.3xLiBO₂固溶体，有效地抑制了锰在电解液中的溶解，提高了Mn‑O键的强度从而增强了材料的结构稳定性，显著提高了锰酸锂的高温循环性能。材料的制备工艺操作简单易于控制，成本低廉易于实现规模化生产。

技术领域

本发明属于正极材料制备领域，具体涉及一种锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪80年代末至90年代初开发成功的一种新能源电池，目前被广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选。

正极材料的选择决定了锂离子电池的性能，尖晶石型锰酸锂以其价格低廉、锰资源丰富、安全性高、环境友好等优点成为动力电池正极材料的首选。但锰酸锂高温循环性能和结构稳定性较差却大大限制了动力电池型锰酸锂的产业化，迫切需要进行改进。

公开号CN 102195042 A的中国专利文献公开了一种高性能锂离子电池正极材料锰酸锂及其制备方法，其采用固相法，将锂源、锰源和掺杂金属元素的化合物球磨后进行煅烧，冷却至室温后再次球磨，最后经高温烧结、破碎、分级得到高性能锂离子电池正极材料锰酸锂。

公开号CN 105244492 A的中国专利文献公开了一种含硼锂离子正极材料及其制备方法，将复合氧化物颗粒加入含硼的盐溶液中形成浆状混合物，再加入含有掺杂金属元素中至少一种的M盐溶液进行反应，在复合氧化物颗粒表面形成包覆层，搅拌烘干，热处理，得最终产物。

上述工艺分别采用高温固相法和液相法，固相法所制备的锰酸锂颗粒不均匀，形貌不规则，产品容量衰减快；液相法制备的锰酸锂具有较一致的颗粒尺寸分布，但液相法常常要使用昂贵的反应试剂、需要较长的干燥时间、并伴随复杂的反应过程，因此液相法生产工艺条件不易控制，生产成本较高，不适宜工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法；旨在制得一种的高温循环性能和结构稳定性的正极材料。

本发明的另一目的在于，提供一种所述的制备方法制得的锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料。

一种锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料的制备方法，按化学式Li_1+xMn_2-xAl_xO₄·0.3xLiBO₂的化学计量比，将锂源、锰源、铝源和硼源置于介质中，球磨混合，其中，0＜x≤0.2；

将球磨后的物料进行喷雾干燥造球，得混合料生球；

将所述的混合料生球在350～650℃下一段焙烧后，再在650～890℃下二段焙烧，制得所述的锂铝硼复合掺杂的锰酸锂正极材料。

本发明采用喷雾干燥造球技术，能够制备形貌规则，粒度均匀的多孔球形锰酸锂颗粒，避免了使用昂贵的反应试剂，而使用碳酸锂等廉价材料进行喷雾，在保证材料形貌规则的同时降低了材料的成本。制备工艺操作简单易于控制，成本低廉易于实现规模化生产。因此，本发明将有利于尖晶石型锰酸锂正极材料的批量化生产并提高其性能。

采用喷雾干燥造球，再配合所述的二段焙烧机制，有助于制得形貌规则的多孔球形颗粒，粒度均匀，电化学性能良好的锰酸锂正极材料。