[发明专利]一种球形锰酸锂电池正极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性材料的制备方法。

背景技术

能用作锂离子电池正极的材料主要有由锂与过渡金属元素形成的嵌入式化合物，例如层状的Li_xMO₂结构和尖晶石型Li_xM₂O₄结构的氧化物(M＝Co、Ni、Mn、Cr等过渡金属)，其中研究较多的是LiNiO₂、LiCoO₂和LiMn₂O₄。

目前，大量使用的锂离子二次电池的正极材料是LiCoO₂，LiCoO₂的比能量高、循环性能好、制备工艺简单，但安全性能较差且钴的价格昂贵、资源有限、污染大，因此急需寻找替代材料。LiNiO₂虽然其比能量较高、价格适中，但其循环性能不佳、合成技术难度大，应用受到限制。锰酸锂LiMn₂O₄与上述两种材料相比，具有资源丰富、价格低廉(锰的价格仅为钴的二十分之一)及无污染等优点，尤其是尖晶石结构的锰酸锂安全性好、耐过充性能好、结构稳定、制备容易，是锂离子电池最有发展前途的正极材料之一。现在LiMn₂O₄已经被用来与LiCoO₂混合使用，或者单独作为动力电池使用。

为了制备比较理想的活性物质，在粉体活性物质中球形电极活性物质是当前人们研究的一个亮点。因为球形化的粉体物质具有密度高、单位体积容量大的特征，而且球形粉体物质在电极制备工艺过程中具有流动性好、填充量大的优点，这对于制备长寿命、高质量电极十分有利。通常，LiMn₂O₄由于粒度不同，从而各种性能不同，大粒度的锰酸锂可以获得较好的循环性能，小粒度的锰酸锂可以获得较大的质量比容量，因而可通过获得不同粒度的锰酸锂而制备相应性能的电池材料，而粒度不均匀的锰酸锂所得到的电池性能较差。

发明内容

本发明首次提出用球形碳酸锰制备球形锰酸锂电池正极材料的制备方法。

本发明提供的用作球形锰酸锂的制备方法包括，该方法包括将球形碳酸锰在氧化性气体存在下在300-800℃焙烧2-15小时，然后与锂源混合，在氧化性气体存在下焙烧。

根据本发明提供的球形锰酸锂电池正极材料的制备方法，采用球形碳酸锰，可以制备出球形锰酸锂电池正极活性材料。本发明还可以通过用锰酸盐水溶液、碳酸盐和/或碳酸氢盐水溶液反应，用碱调节反应液的pH值，并采用氨水作为络合剂，可以得到5-50微米范围内粒度均匀的碳酸锰前驱体。从而可以得到粒度跨距(D₉₀-D₁₀)/D₅₀为1.5以下、振实密度为1.75-2.3克/厘米³、粒度均匀且较为致密的球形锰酸锂电池正极活性材料。本发明还可以通过掺杂、包覆获得大电流放电能力和循环性能的材料。因此，使用本发明方法制备的锰酸锂所得到的电池总容量较高，循环性能好，电池性能稳定，可制作适用各种不同需求的电池。

附图说明

图1为本发明实施例4中所制得锰酸锂材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。

具体实施方式

根据本发明锰酸锂电池正极材料的制备方法，该方法包括将球形碳酸锰在氧化性气体存在下在300-800℃焙烧2-15小时，然后与锂源混合，在氧化性气体存在下焙烧。

根据本发明的制备方法，球形锰酸锂的粒度依赖于其前驱体的制备粒度。因而若想获得粒度均匀的球形锰酸锂，则需要球形碳酸锰颗粒的粒度均匀，因而粒度跨距(D₉₀-D₁₀)/D₅₀为1.5以下，优选(D₉₀-D₁₀)/D₅₀为1以下，更优选(D₉₀-D₁₀)/D₅₀为0.8以下。