[发明专利]锰酸锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。其中，制备锰酸锂正极材料的方法包括：对碳酸锰进行第一烧结处理，得到烧结后锰材料；将所述烧结后锰材料与锂源混合，得到混合物料；对所述混合物料进行第二烧结处理，得到所述锰酸锂正极材料。该方法通过将市售碳酸锰烧结后用于制备锰酸锂正极材料，可以显著提高产品比容量、库伦效率等方面电化学性能，且制备工艺简单，适于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及能源材料领域，具体而言，本发明涉及锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在已报道的二次水系电池正极材料中，大多数采用锰酸锂(LMO)和二氧化锰作为水系锌离子电池的正极材料。现有水系锌离子电池中的正极材料二氧化锰大多采用水热法、共沉淀法和以高锰酸钾为氧化剂的液相法等制备方法来合成。然而，现有的LMO正极材料的比容量偏低，且原材料成本高。水系锌离子电池二氧化锰正极材料所选用的水热法、共沉淀法和以高锰酸钾为氧化剂的液相法等合成方法制备工艺复杂，产率低，且原料成本高，不利于大规模工业化生产。电解法制备的二氧化锰粒度大，电性能不佳，由常规二氧化锰材料制备的LMO粒度均匀性差，团聚严重，电性能不佳。

由此可见，现有的二次水系电池正极材料及其制备方法仍有待深入研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。该锰酸锂正极材料成本低廉，电化学性能好，且制备工艺简单，适于大规模工业化生产。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备锰酸锂正极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对碳酸锰进行第一烧结处理，得到烧结后锰材料；将所述烧结后锰材料与锂源混合，得到混合物料；对所述混合物料进行第二烧结处理，得到所述锰酸锂正极材料。

根据本发明实施例上述实施例的制备锰酸锂正极材料的方法，首先对市售碳酸锰进行第一烧结处理。发明人在研究中发现，通过对市售碳酸锰进行烧结，可以使材料的结构会发生相转变，得到电化学性能优异的烧结后锰材料。进而，通过将烧结后锰材料与锂源混合并进行烧结，可以得到电化学性能优异的烧结后锰材料。由此，该方法通过将市售碳酸锰烧结后用于制备锰酸锂正极材料，可以显著提高产品比容量、库伦效率等方面电化学性能，且制备工艺简单，适于大规模工业化生产。

另外，根据本发明上述实施例的制备锰酸锂正极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一烧结处理在150～650℃下进行0.1～20h。

在本发明的一些实施例中，所述第一烧结处理在280～560℃下进行2～8h。

在本发明的一些实施例中，所述烧结后锰材料包括烧结后碳酸锰、烧结后二氧化锰、烧结后三氧化二锰、烧结后四氧化三锰中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述混合物料中，锂元素与锰元素的摩尔比为(1.06～1.09):2。

在本发明的一些实施例中，所述第二烧结处理在700～900℃下进行2～20h。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种锰酸锂正极材料。根据本发明的实施例，该锰酸锂正极材料是由上述实施例的制备锰酸锂正极材料的方法制备得到的。由此，该锰酸锂正极材料具有更佳的电化学性能，更高的比容量，且原料成本低廉、制备工艺简单。

在本发明的再一方面，本发明提出了一种锌离子电池。根据本发明的实施例，该锌离子电池包括：上述实施例的锰酸锂正极材料。由此，该锌离子电池具有前文针对锰酸锂正极材料所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该锌离子电池具有优秀的容量和循环性能。