CN102709545A - 一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法 - Google Patents

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彭爱国
肖伟
庄新娟
余长艳
刘艳
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Abstract

本发明公开了一种用化学二氧化锰和其它锰氧化物的混合物为锰源材料，与碳酸锂进行化学计量比混合，用高温固相法制备动力电池正极材料用锰酸锂的方法。将碳酸锂与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品。本发明通过控制锰源材料中锰氧化物的摩尔比改善锰酸锂材料的电化学性能，与传统锰源材料电解二氧化锰相比，本发明显著提高了锰酸锂材料的电化学性能，易于实现工业化，在锂离子动力电池行业具有很好的发展前景。

Description

一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法，属于新能源材料技术领域。
背景技术
尖晶石型锰酸锂具有较高的功率和能量密度，且资源丰富、成本低廉、耐过充/过放性能好，是最有希望替代锂钴氧化物的正极活性材料之一，特别是在锂离子动力电池领域有巨大的发展潜力。锰源基础材料的选取直接决定着锰酸锂材料的性能。目前，工业化生产锰酸锂都采用电解二氧化锰（EMD）为锰源材料，但电解工艺决定了电解二氧化锰中锂离子电池敏感杂质含量较高、产品外观难以改变，掺杂改性也难以突破，因此，目前用电解二氧化锰为锰源材料制备的锰酸锂性能尚无法达到动力锂电池尤其是电动汽车对动力锂电池的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用化学二氧化锰和其它锰氧化物的混合物为锰源材料，与碳酸锂进行化学计量比混合，用高温固相法制备动力电池正极材料用锰酸锂的方法。所述其它锰氧化物是指三氧化二锰、四氧化三锰、电解二氧化锰中的一种或两种的混合物；化学二氧化锰和其它锰氧化物的加料量按锰摩尔比为1︰0.5～2加料，当其它锰氧化物为三氧化二锰、四氧化三锰、电解二氧化锰中的任意两种时，其两种锰氧化物的锰摩尔比是1︰1；碳酸锂与锰源材料的摩尔比为Li︰Mn=1︰2。
本发明的具体操作工艺如下：（1）按化学二氧化锰中锰含量︰其它锰氧化物中锰含量=1︰0.5～2的摩尔比称取化学二氧化锰和其它锰氧化物，加入500ml蒸馏水，在40～100℃下搅拌0.5～5h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。（2）按Li︰Mn＝1︰2的摩尔比称取碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，即得锰酸锂产品。
本发明采用化学二氧化锰和其它锰氧化物的混合物做为锰源材料制备锂离子动力电池正极材料用锰酸锂材料，通过控制锰源材料中各种锰氧化物的摩尔比，采用液相混合工艺来改善锰酸锂材料的电化学性能，与传统的以电解二氧化锰为锰源材料制备的锰酸锂相比，本发明显著提高了材料的电化学性能，在锂离子动力电池行业具有很好的发展前景。
具体实施方式
 实施例1：称取174g化学二氧化锰和76.3g四氧化三锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至40℃，搅拌0.5h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为112 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为85%。
实施例2：称取174g化学二氧化锰和79g三氧化二锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至60℃，搅拌2h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为110 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为87%。
实施例3：称取174g化学二氧化锰和87g电解二氧化锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至80℃，搅拌3h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为115 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为83%。
实施例4：称取87g化学二氧化锰和152.6g四氧化三锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至100℃，搅拌5h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为112 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为84%。
实施例5：称取130.5g化学二氧化锰、65.25g电解二氧化锰和57.25g四氧化三锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至80℃，搅拌3h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为118 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为90%。
实施例6：称取130.5g化学二氧化锰、57.25g四氧化三锰和59.25g三氧化二锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至60℃，搅拌5h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为115 mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为88%。
实施例7：称取130.5g化学二氧化锰、65.25g电解二氧化锰和59.25g三氧化二锰，加入500ml蒸馏水，放在搅拌器上升温至100℃，搅拌1h，过滤，烘干，作为锰源材料备用。
按Li︰Mn=1︰2的摩尔比称取111g碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品，电化学性能检测其首次放电比容量为116mAh/g(放电倍率1C)，500次循环容量保持率为87%。 

Claims (2)

1.一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法，其特征在于用化学二氧化锰和其它锰氧化物的混合物为锰源材料，与碳酸锂进行化学计量比混合，用高温固相法制备动力电池正极材料用锰酸锂，所述其它锰氧化物是指三氧化二锰、四氧化三锰、电解二氧化锰中的一种或两种；化学二氧化锰和其它锰氧化物的加料量按锰摩尔比为1︰0.5～2加料，当其它锰氧化物为三氧化二锰、四氧化三锰、电解二氧化锰中的任意两种时，其两种锰氧化物的锰摩尔比是1︰1；碳酸锂与锰源材料的摩尔比为Li︰Mn=1︰2。
2.根据权利要求1所述一种锂离子动力电池正极材料锰酸锂的制备方法，其特征在于具体操作工艺如下：
（1）按化学二氧化锰中锰含量︰其它锰氧化物中锰含量=1︰0.5～2的摩尔比称取化学二氧化锰和其它锰氧化物，加入500ml蒸馏水，在40～100℃下搅拌0.5～5h，过滤，烘干，作为锰源材料备用；
（2）按Li︰Mn＝1︰2的摩尔比称取碳酸锂，与锰源材料混合研磨，在煅烧炉中以5℃/min的速度升温至450℃，保温2h，继续以5℃/min的速度升温至750℃保温20h，随炉冷却至室温，过300目筛即得锰酸锂产品。
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