CN108862229A - 一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法 - Google Patents

一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，将电解锰加入到乙酸溶液进行密封反应，形成乙酸锰，排放出氢气；将电池级碳酸锂加入到磷酸中形成磷酸二氢锂；将制备好的磷酸二氢锂加入到乙酸锰中合成磷酸锰锂；蒸发的乙酸循环使用于乙酸锰的制备，磷酸锰锂进行研磨粉碎包装。本发明合成磷酸锰锂工艺简单，计量准确，无三废，成本低，不产生大量难处理的废水，对环境友好。

Description

一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法
技术领域
本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种锂电池领域，特别涉及一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法。
背景技术
作为新能源之一的锂离子电池由于具有能量密度高和使用寿命长等优点被广泛地应用在电子产品、电动车以及植入式医疗器械中。随着锂离子电池应用范围的扩大，对电池材料的安全性、电池大倍率充放电性能以及循环寿命提出更高的要求。
锂离子电池的正极材料种类较多，主要品种有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂等。其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，主要用于手机、数码产品等小型电池领域，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂，污染较重，且电池在大型化后，会有过热着火或爆炸的危险。故相对而言，正极材料为锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好，成本更为低廉，所以目前产业的投入主要集中于这几种材料之上。其中，磷酸铁锂由于具有另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方面的潜在优势，而被业界普遍看好，代表着动力电池正极材料的未来发展方向。
因Mn3+/Mn2+相对于Li+/Li的电势更高，使得LiMnPO4/C复合材料具有潜在的高能密度的优点，因此，人们对磷酸锰锂材料的关注度日益增加，磷酸锰为合成LiMnPO4/C复合材料的原料之一，可以通过改变磷酸锰前驱体的形貌和粒径，来提高复合材料的电性能。
磷酸锰锂(lithiummanganese(II)phosphate)，化学式：LiMnPO4，是一种天然矿物或者人工合成的锂电池电极材料。该物质具有橄榄石状的晶体结构，导致其作为电极材料时物理化学性质稳定。且磷酸锰锂具有171mAh/g的比容量以及4.1V左右的放电平台(vsLi/Li+)这也使得磷酸锰锂成为了新一代锂离子动力电池的理想材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，用以提高产品质量，降低生产成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，包括下述具体步骤：
(1)乙酸锰的制备：将电解锰加入到搪玻璃反应釜中，通入惰性气体氮气、氩气或者二氧化碳，置换反应釜中的空气，使其低于氢气爆炸极限，然后加入乙酸溶液，进行密封反应，待反应结束放出氢气后，得到乙酸锰；
(2)磷酸二氢锂的制备：将磷酸水溶液升温至40-90℃，边搅拌边缓慢加入碳酸锂进行复分解反应，得到磷酸二氢锂溶液；
(3)磷酸锰锂的合成：趁热，将步骤(2)制备的磷酸二氢锂溶液加入到步骤(1)中的反应釜中反应生成磷酸锰锂；
(4)磷酸锰锂的分离与干燥：将步骤(3)中生成的磷酸锰锂溶液进行喷雾化干燥或者真空干燥，回收乙酸；
(5)磷酸锰锂的包装：干燥后的磷酸锰锂掺葡糖糖或导电炭黑在氮气保护下进行焙烧，冷却后进行研磨粉碎，进行包装入库。
进一步，步骤(1)所述的电解锰是用锰矿石经酸浸出获得锰盐，再送电解槽电解析出单质金属猛，单质金属猛的外观为银白色到褐色。
进一步，步骤(1)所述的电解锰的纯度为99％。
进一步，步骤(1)所述的搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上的复合材料制品。
进一步，步骤(1)所述的氢气爆炸极限低于4.1％。
进一步，步骤(1)所述的乙酸溶液的质量分数为99％。
进一步，步骤(2)所述的磷酸水溶液的质量分数为85％。
进一步，步骤(2)所述的碳酸锂为电池级。
进一步，步骤(5)所述的焙烧的温度为500-1000℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明合成磷酸锰锂方法简单，计量准确，无三废，成本低，不产生大量难处理的废水，对环境友好；
(2)合成中所用的乙酸重新回收，继续用以乙酸锰的制备，节约成本，不会造成环境污染；
(3)将干燥后的磷酸锰锂在氮气保护下进行焙烧，用以除去葡糖糖等杂质，合成的磷酸锰锂中无钠盐、铵盐杂质，提高了产品质量。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，包括下述具体步骤：
乙酸锰的制备:将称量500kg的电解锰加入到500L搪玻璃反应釜中，通入惰性气体氮气，置换反应釜中的空气，使氢气的爆炸极限低于4.1％，然后加入乙酸溶液，密封反应，待反应结束后放出氢气，得到乙酸锰；
(2)磷酸二氢锂的制备：将磷酸水溶液升温50℃，搅拌后缓慢加入电池级碳酸锂发生复分解反应，得到磷酸二氢锂溶液；
(3)磷酸锰锂的合成：趁热，将磷酸二氢锂溶液缓慢加入步骤(1)中的反应釜中进行复分解反应得到磷酸锰锂；
(4)磷酸锰锂的分离与干燥：将步骤(3)中的磷酸锰锂溶液进行喷雾化干燥或者真空干燥，回收乙酸；
(5)磷酸锰锂的包装：干燥后的磷酸锰锂掺葡糖糖或导电炭黑在氮气保护下在800℃下进行焙烧，冷却至室温后进行研磨粉碎，进行包装入库。
本发明实施例工艺简单，计量准确，无三废，操作成本低。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，包括下述具体步骤：
(1)乙酸锰的制备：将电解锰加入到搪玻璃反应釜中，通入惰性气体氮气、氩气或者二氧化碳，置换反应釜中的空气，使其低于氢气爆炸极限，然后加入乙酸溶液，进行密封反应，待反应结束放出氢气后，得到乙酸锰；
(2)磷酸二氢锂的制备：将磷酸水溶液升温至40-90℃，边搅拌边缓慢加入碳酸锂进行复分解反应，得到磷酸二氢锂溶液；
(3)磷酸锰锂的合成：趁热，将步骤(2)制备的磷酸二氢锂溶液加入到步骤(1)中的反应釜中反应生成磷酸锰锂；
(4)磷酸锰锂的分离与干燥：将步骤(3)中生成的磷酸锰锂溶液进行喷雾化干燥或者真空干燥，回收乙酸；
(5)磷酸锰锂的包装：干燥后的磷酸锰锂在氮气保护下进行焙烧，冷却后进行研磨粉碎，进行包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述的电解锰是用锰矿石经酸浸出获得锰盐，再送电解槽电解析出单质金属猛，单质金属猛的外观为银白色到褐色。
3.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述的电解锰的纯度为99％。
4.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述的搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上的复合材料制品。
5.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述的氢气爆炸极限低于4.1％。
6.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述的乙酸溶液的质量分数为99％。
7.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(2)所述的磷酸水溶液的质量分数为85％。
8.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(2)所述的碳酸锂为电池级。
9.根据权利要求1所述的一种电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，其特征在于，步骤(5)所述的焙烧的温度为500-1000℃。
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