[发明专利]一种多边形层状四氧化三锰及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多边形层状四氧化三锰，呈多边形层状堆积状，该多边形的边长为5‑50μm，厚度为3‑30μm；其制备方法：(1)向反应釜中注入去离子水和氨水作为底液，开启搅拌桨及加热器，通入氮气作为保护气体，再向反应釜溶液中通入硫酸锰溶液、氢氧化钠溶液和氨水进行反应；(2)对(1)反应后获得的物料进行搅拌，使其与空气进行充分接触，直至物料变成棕黑色；(3)将(2)后的物料进行静置，去上层液，对底层物料进行鼓风干燥，即获得多边形层状四氧化三锰。本发明的多边形层状四氧化三锰，其粒度分布较宽，受压后会紧密连接在一起，有效的解决了其他形貌的四氧化三锰受压后容易破裂导致的电池跳水问题。

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，尤其涉及一种多边形层状四氧化三锰及其制备方法。

背景技术

四氧化三锰作为一种稳定的氧化物前驱体，是一种锂离子电池正极材料锰酸锂的生产原料，一般通过硫酸锰溶液在氨性介质中锰离子水解沉淀的方法制备，由于其制备工艺简单，过程可控性高，成本低等优势，被广大学者研究采用。但是通过硫酸锰溶液在氨性介质中锰离子化学共沉淀的方法，制备得到的四氧化三锰颗粒多为球形颗粒，经过烧结后制得球形结构锰酸锂，但球形颗粒锰酸锂，其物理结构与三元球形颗粒存在差异；球形锰酸锂结构不抗压，受压时易发生破碎，产生微裂纹发生自粉化，一次颗粒发生电接触，导致全电池跳水；而薄片状及环片状的四氧化三锰，由于其几何形貌问题，导致其压实密度受限，制成锂离子电池正极材料后，能量密度会不同程度降低，若强行压片，也会导致颗粒破碎，导致全电池跳水。因此，如何改善四氧化三锰的结构，对解决锰酸锂受压破裂，有一定的改善效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种多边形层状四氧化三锰及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多边形层状四氧化三锰，该多边形层状四氧化三锰呈多边形层状堆积状，多边形边长为5-50μm，堆积状厚度为3-30μm。

上述的多边形层状四氧化三锰，优选的，所述多边形层状四氧化三锰团聚二次颗粒的粒度D10＞1μm、D50＝5-25μm、D90＜100μm。

上述的多边形层状四氧化三锰，优选的，所述多边形层状四氧化三锰的011晶面半峰宽为0.1-0.3°。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的多边形层状四氧化三锰的制备方法，包括以下步骤：

(1)向反应釜中注入去离子水和氨水作为底液，开启搅拌桨及加热器，通入氮气作为保护气体，控制温度在55～65℃，反应釜中氨值(1L溶液中氨的质量)浓度为4.5-5.5g/L，再向反应釜溶液中通入硫酸锰溶液、氢氧化钠溶液和氨水进行反应；

(2)对步骤(1)反应后获得的物料进行搅拌，使其与空气进行充分接触，直至物料变成棕黑色；

(3)将步骤(2)后的物料进行静置，去上层液，对底层物料进行鼓风干燥，即获得多边形层状四氧化三锰。

本发明通过硫酸锰溶液在氨性介质中锰离子水解沉淀的方法制备多边形层状四氧化三锰，反应过程为：硫酸锰溶液首先与氨水发生络合效应，生成Mn²⁺-氨络合物，络合物再与氢氧化钠溶液发生反应，沉淀出氢氧化锰颗粒，在该反应过程中，通过控制硫酸锰溶液、氨水及氢氧化钠溶液的浓度与进料速率，可以控制结晶颗粒的形貌与粒度等。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，当反应釜中体系的pH值达到12-13时，停止通入NaOH溶液，并将溶液的氨值提升为9.5-11g/L，反应10-15min后，再重新通入NaOH溶液进行反应。