[发明专利]一种尖晶石型锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种尖晶石型锰酸锂的制备方法。

背景技术

尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)的主体结构是由氧离子作规则的立方紧密堆积组成，锂离子和锰离子分别占据在四面体和八面体空隙中。它的最简式为LiMn₂O₄，实际上该晶体完整的单胞形式是Li₈Mn₁₆O₃₂，具有(No.227)的空间群，32个氧离子占据立方体的32e位置，它们做立方密堆积(FCC)，形成64个四面体间隙和32个八面体间隙。锂离子占据其中1/8的四面体间隙，并且占据8a位置。从整体上看，锂离子分布在锰氧八面体周围的三维孔道中，这种尖晶石结构有利于锂离子的嵌入和脱出，从而保证它在孔道中的迁移，使其充放电过程具有良好的循环性能。

锰酸锂生产方法多样，但工艺相对较为成熟的固相法是目前规模化的主要方法，该法通常是将易熔或易分解的锂源与锰的氧化物按一定比例充分混合均匀(称前驱物)，或者通过改进在液相中制备好前驱物，在适宜温度范围内锻烧后，即可得到锰酸锂产品。煅烧方法是将前驱物装入锰酸锂煅烧用匣钵，利用煅烧设备煅烧。见报道的适合锰酸锂规模化生产的煅烧设备有锰酸锂煅烧炉(推板炉，或称连续式锰酸锂煅烧推板炉)、梭式窑、回转炉、管式炉、网带炉、井式炉等。但是上述生产设备的连续化程度低，不能提高尖晶石锰酸锂的生产效率，另外，上述设备在焙烧过程中温度调节困难，不易于尖晶石型锰酸锂晶胞的生长与成型，设备的自动化程度低。

辊道窑是一种能够连续烧制陶瓷或其他固体复合材料的专用设备，具有连续性好，生产效率高，温度调整容易等特点。但是由于尖晶石型锰酸锂的晶格结构形状的特殊性，制备时烧制时间较长，如果使用辊道窑制备尖晶石型锰酸锂，需要使用较长的辊道，十几米甚至上百米的辊道增加了设备的占地面积。所以目前没有使用辊道窑生产尖晶石型锰酸锂的例子。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种尖晶石锰酸锂的辊道窑合成方法，可长时间连续反应，提高生产效率，同时，提高尖晶石锰酸锂的性能。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种尖晶石型锰酸锂的制备方法，包括：

a)将锂源化合物、锰源化合物和焙烧促进剂混合，得到混合物；

b)将所述混合物置于棚板上，送入辊道窑中进行焙烧；

所述辊道窑至少包括：加热腔体以及设置于所述加热腔体下部的辊道；所述辊道由若干个由电机驱动的加热辊组成；所述辊道与加热腔体分成预热带、加热带以及冷却带3部分。

优选的，还包括：

将所述辊道窑中输送出的焙烧产物进行洗涤、过滤、干燥的步骤。

优选的，步骤a)具体为：

a1)将所述锂源化合物和锰源化合物溶于可挥发性液体得到混合溶液；

a2)向所述混合溶液中加入焙烧促进剂；

a3)去除所述混合溶液中的可挥发性液体得到混合物。

优选的，所述可挥发性液体为水。

优选的，所述焙烧促进剂为炭黑、活性炭粉、焦炭粉、木炭粉中的一种或多种。

优选的，所述辊道窑中预热带的温度为400～700℃。

优选的，所述辊道窑中加热带的温度优选为700～1100℃。

优选的，所述辊道窑中冷却带的温度为50～100℃。

优选的，所述辊道的长度为3～30m。

优选的，所述辊道窑中尖晶石型锰酸锂的焙烧时间为1～24h。

本发明提供了一种尖晶石型锰酸锂的制备方法，包括：a)提供负载有锂源化合物和锰源化合物的焙烧促进剂；b)将所述焙烧促进剂置于棚板上，送入辊道窑中进行焙烧；所述辊道窑至少包括：加热腔体以及设置于所述加热腔体下部的辊道；所述辊道由若干个由电机驱动的加热辊组成；所述辊道与加热腔体分成预热带、加热带以及冷却带3部分。本发明提供的制备方法使用辊道窑焙烧负载有锂源化合物和锰源化合物的焙烧促进剂，由于碳的存在能够降低焙烧温度，而辊道窑具有温度可控和连续操作的优势，本发明人发现，尖晶石型锰酸锂的晶胞在开始生长、快速生长以及定型时所需的温度不同，所以在焙烧过程中调整好焙烧的温度变化，更有利于提高尖晶石锰酸锂的电化学性能。另外，由于辊道窑是连续操作，所以能够节省制备时间，成批量的进行生产。

附图说明

图1、本发明实施例提供的辊道窑的结构示意图；