[发明专利]一种锰金属粉及锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锰金属粉及锂离子电池正极材料的制备方法，将金属单质锰在氩气或氮气的保护气氛下，真空下熔融成液体状，之后采用等离子水或气体对熔融的金属液体锰喷射成金属液滴状，所述等离子水的压强至少为40MPa，所述气体的压强至少为3MPa，液滴经冷却凝固后即得到锰金属粉，采用此方法制备的锰金属粉具有组分均匀致密、密度大、粒度可控的优点，采用该锰金属粉制得的锰酸锂正极材料粒度均匀，呈规则球形或类球形，振实密度大，具有较高的充放电容量和较好的电化学循环性能。

技术领域

本发明为一种锂离子电池正极材料锰酸锂的制备技术领域，尤其涉及一种锰金属粉及锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锰酸锂原料因其储量丰富、价格低廉、极易合成、无毒性和耐过充性好等优点被誉为动力型锂离子电池正极材料最理想的正极材料之一。

目前锂离子电池正极材料LiMn₂O₄的合成方法主要有：固相法、Penchini法、溶胶-凝胶法、熔盐法、微波合成法和喷雾干燥热解法等。固相法制备的材料物相不均匀，晶粒无规则形状，晶界尺寸较大，粒度分布范围宽，且煅烧时间较长。尽管此法的生产周期长，但工艺十分简单，制备条件容易控制。Penchini方法克服了氧化物形成过程中远程扩散的缺点，有利于在相对较低的温度下生成均一、单相、可控精确计量比的化合物。溶胶-凝胶法制备的前驱体混合均匀、凝胶热处理温度低、最终产物颗粒均匀，但是此法工艺复杂、成本较高，不适合工业化生产。微波合成法的特点是，合成体系的材料与微波场的相互作用，从材料内部开始对其整体进行加热，使微波能被材料吸收并耗散成热能，实现了快速升温，大大缩短了合成反应时间，显著降低了合成活化能，使反应更彻底，但活性物质的循环性能尚有待改善。综上所述，制备锰酸锂的方法从固态到液态，从低温到高温不一而足。从宏观上看，不同条件下制备出的锰酸锂化合物具有不同的电化学性能，究其本质源于尖晶石型锰酸锂在充放电过程中结构的变化，换言之，结构的如何变化决定了电化学性能的差异。所以进一步探讨锂离子脱嵌、嵌入的过程与尖晶石结构本体的关系就显得十分有意义。

锂离子电池正极材料LiMn₂O₄的性能和锰金属粉的形状、密度、粒度密切相关，目前制备锰金属粉的方法主要有电解法、球磨法、雾化法，锰粉颗粒形状不规则，粒度不可控，密度不均匀，导致制备的锰酸锂正极材料组织不均，充放电性能和化学性能较差。目前常规方法生产的锰金属粉末原始晶粒不够细化，形核数量少，粒径分布均匀，且产品质量不稳定，产品的生成率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰金属粉、制备方法及锂离子电池正极材料的制备方法，解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锰金属粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将金属单质锰在保护气体或真空下熔融成液体状；S2，采用等离子水或气体对熔融的金属液体锰喷射成金属液滴状，所述等离子水的压强至少为40MPa，所述气体的压强至少为3MPa；S3，金属液滴锰经冷凝后得到锰金属粉。

进一步地，S1中金属单质锰在一定真空保护气氛条件下熔融，保护气氛为氮气或氩气中的一种。

进一步地，S2中所述气体为氮气或氩气中的一种或两种。

进一步地，所述锰金属粉形貌为球形或不规则形状，粉体粒径D50为30～50um，松装密度为3.5～5.5g/cm³，振实密度为4～6g/cm³。

一种采用上述锰金属粉的锂离子电池正极锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将锰金属粉氧化得到锰氧化物前驱体；S2，将锰氧化物前驱体和锂化合物混合后在600～1050℃温度下焙烧得到锰酸锂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：