[发明专利]高循环、高稳定性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种高循环、高稳定性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：形成初始混合物，将上述初始混合物加入斜式混料机充分混合均匀，形成正极材料前驱体，初始正极材料，形成目标正极材料，对目标正极材料进行粉碎、分级过筛，取粒径小于1微米的物料作为下一批生产使用的初级晶粒循环利用，粒径大于3微米的物料作为成品干燥后包装，粒径大于1微米小于3微米的材料经过粉碎后使粒径小于1微米可作为初级晶粒使用，本发明具有工艺简单、便于操作等优点，具有良好的市场应用前景，且适合大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及锂电池材料制备技术领域，具体涉及一种高循环、高稳定性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化，锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性，随着科技的发展，锰酸锂制造技术也得到了极大的提升，大规模生产锰酸锂由于采用高温固相法，所制备的锰酸锂形貌受制于原料锰源，廉价的二氧化锰由于形貌不规则，所生产的锰酸锂形貌不佳，粒径分布较宽，不利于电池加工生产，并且会导致电池一致性差，从而降低了锰酸锂电池的使用寿命，方面都表现出了突出的优点，目前球有待进一步的解决。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种工艺简单、生产成本低的高循环、高稳定性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明提供的一种高循环、高稳定性尖晶石型锰酸锂正极材料的制备方法，

包括如下步骤：

步骤(1)：将锂源与锰源、添加剂以及初级晶粒按照一定的比例配比，搅拌均匀形成初始混合物，摩尔比为Li：Mn：添加剂＝1+X：2-Y：Y，X＝0.03～0.05；Y＝0.01～0.05；

步骤(2)：将上述初始混合物加入斜式混料机充分混合均匀，混料时间为3～5小时，转速为28～35r/min，混料介质为氧化铝球、聚氨酯球或氧化锆球中的一种。

步骤(3)：将上述混合好的初始混合物装入刚玉坩埚或刚玉匣钵，放入窑炉进行预烧处理，形成正极材料前驱体，预烧温度为500～600℃，通风量为20～30m3/h，预烧时间为5～7小时。

步骤(4)：将步骤(3)中得到的正极材料前驱体预烧后进入高温烧结成型，形成初始正极材料，温度为750～850℃，通风量为20～30m3/h，预烧时间为15～17小时。

步骤(5)：经过高温烧结的初始正极材料降温处理后，形成目标正极材料，对目标正极材料进行粉碎、分级过筛，取粒径小于1微米的物料作为下一批生产使用的初级晶粒循环利用，粒径大于3微米的物料作为成品干燥后包装，粒径大于1微米小于3微米的材料经过粉碎后使粒径小于1微米可作为初级晶粒使用。

进一步地，锰源为电解二氧化锰、化学二氧化锰或四氧化三锰中的一种或多种。

进一步地，所述添加剂为阳离子Al、Ni、Nd、Mo、Zr、Ti或阴离子F、Cl、S中的一种或几种。

进一步地，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或多种。

进一步地，所述初级晶粒用量为初始混合物总质量比的0.01％～1％。

进一步地，离子掺杂浓度为摩尔比0.01％～％。