[发明专利]一种锂离子电池用单晶锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池用单晶锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：步骤A：将小颗粒锰源，碳酸锂，添加剂按照比例球磨混合；步骤B：将球磨混合的物料低温烧结；步骤C：将低温烧结的物料，细晶锰酸锂晶种和烧结助剂按比例球磨混合；步骤D：将球磨混合后的含有细晶锰酸锂晶种的混合料装钵烧结；步骤E：将高温烧结后的物料粉碎处理，然后添加包覆剂进行包覆烧结；步骤F：将包覆烧结后的物料经过程分级，除磁、批混和包装等后处理工序制备成品。本发明与传统工艺相比制备方法简单，工艺更环保，所得锰酸锂产品容量高，寿命长。

技术领域

本发明属于储能材料及电化学领域，涉及一种锂离子电池用单晶锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有高的能量密度、优异的循环寿命、无记忆效应、低的自放电率以及低污染等优点，已经成为动力电池的首选。在锂离子电池的发展过程中，正极材始终是关键性因素。近年来，锰酸锂以其价廉，无毒，安全性好等优点成为钴酸锂最有希望的替代者。但锰酸锂在充放电循环中的容量衰减，特别是高温（55℃）下的循环性能是阻碍其应用的重要问题，针对引起尖晶石 LiMn₂O₄容量衰减机理，国内外展开了一系列的研究，目前公认的引起尖晶石型锰酸锂容量衰减的原因主要有：（1）尖晶石结构 LiMn₂O₄在循环过程中发生Jahn-Teller 效应，导致尖晶石晶格发生畸变，伴随着很大的体积变化，使电极的阻抗增大，从而引起容量衰减;（2）循环过程中，在电解液的作用下，LiMn₂O₄电极表面发生歧化反应使得锰慢慢溶解在电解液中，导致循环性能下降。因此，尖晶石 LiMn2O4的结晶度、晶粒形貌、晶粒大小、粒度分布等特性对 LiMn₂O₄正极材料的性能存在很大的影响。

为了改善尖晶石锰酸锂的性能，人们投入了大量的研究，也取得了一定的成效。单晶锰酸锂正是锰酸锂行业这几年推出的新产品，对于循环性能有极大改善。但是，单晶锰酸锂在锂电池行业尚未大规模应用，单晶锰酸锂的制备技术还有待进一步革新。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有锰酸锂正极材料的缺点，通过制备工艺改进，合成了单晶锰酸锂，相比传统的锰酸锂材料，单晶锰酸锂形貌为一次颗粒，正八面体形貌，颗粒较小，D50在3微米左右，结构为尖晶石结构，压实密度可以达到3.1g/cm³容量可以达到110—120mAh/g,循环次数可以达到1000-2000次。单晶结构可以进一步提升锰酸锂材料的容量，还可减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命；同时能获得高压实，其较高的压实避免类似二次颗粒在电池制作辊压导致颗粒破碎现象，进一步提高了材料的循环性能。

本发明提供一种锂离子电池用单晶锰酸锂的制备方法，其特点在于采用小颗粒锰源为原材料，利用细晶锰酸锂晶种作为晶体形核、生长诱导剂，利用低熔点助烧剂作为晶核生长促进剂制备动力型单晶锰酸锂，与传统工艺相比制备方法简单，工艺更环保，所得锰酸锂单晶形貌更完整，能获得正八面体形貌的单晶锰酸锂，所得产品容量高，寿命长。

一种锂离子电池用单晶锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：

步骤A：将小颗粒锰源，碳酸锂，添加剂按照比例球磨混合；

步骤B：将球磨混合的物料低温烧结；

步骤C：将低温烧结的物料，细晶锰酸锂晶种和烧结助剂按比例球磨混合；

步骤D：将球磨混合后的含有细晶锰酸锂的混合料装钵烧结，烧结温度700-900℃，烧结时间10到20小时；

步骤E：将高温烧结后的物料粉碎处理，然后添加包覆剂进行包覆烧结，烧结温度500-700℃，烧结时间5-10小时；