[发明专利]一种高容量高稳定性的锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

       本发明涉及一种锂离子正极材料及其制备方法，尤其涉及一种高容量高稳定性的锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

由于锰酸锂具备安全性能好、耐过充性能佳、大电流充放电性能优越、环境友好以及价格低廉等优点，使得锰酸锂成为了锂离子电池生产中最具发展前景的正极材料之一。

然而，锰酸锂存在容量偏低、循环衰减快、高温性能不佳等缺点制约了该材料的发展。出现这些缺陷的主要原因是：                                               Mn³⁺的溶解； Jahn-Teller效应；电解液分解；相结构的纯度不高或者形貌不规则。目前报道较多的是通过掺杂或表面改性来改善锰酸锂材料的循环性能和高温性能，并且可以抑制充放电过程中的Jahn-Teller效应。例如，中国专利CN101179125B掺杂Cr、Ni、Mg、Co、Fe、Ca、Al等；中国专利CN100416895C对锰酸锂材料包覆ZnO、MgO等氧化物；中国专利CN101060173B在锰基正极材料表面包覆锂硼复合氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧化物等。

鉴于锰酸锂的发展优势及其存在的缺点，确有必要提供一种在高容量高稳定性的锰酸锂正极材料。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对锰酸锂存在的缺点，提供了一种高容量高稳定性的锰酸锂正极材料。

本发明采用的技术方案：一种高容量高稳定性的锰酸锂正极材料，所述高容量高稳定性的锰酸锂正极材料中含有改性的锰酸锂Li_(1+p)Mn_(2-p-q)M_pO₄ 和包覆材料N，其中，Li：Mn：M摩尔比为1～1.2:1.60～1.99:0.01～0.2，包覆材料的总掺量相对于锰酸锂为0.01～20 wt%。

一种高容量高稳定性的锰酸锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A、制备掺杂改性的锰酸锂物质Li_(1+p)Mn_(2-p-q)M_pO₄：将锂源物质、锰源物质、掺杂剂M按照一定的比例混合均匀，混合方法为干式混合或湿式混合，其中，所述的Li_(1+p)Mn_(2-p-q)M_YO₄物质由摩尔比为1～1.2:1.60～1.99:0.01～0.2的锂源物质、锰源物质和掺杂剂M组成， 0≤ p ≤0.2，0.01≤ q ≤0.2；将混合均匀的物料进行一次烧结，一次烧结温度采取多段式不同温区烧结，烧结主温度为450～1150℃，主温区烧结时间为5～40 h，烧结过程中需通入空气或者氧气，通气量控制范围为2～30 m³/h，将烧结后的物料经破碎、粉碎、分级、过筛等工艺处理，得到所需的锰酸锂半成品；

B、水洗：将步骤A中锰酸锂进行水洗，控制其碱残余量， LiOH ≤0.01 wt%，Li₂CO₃ ≤0.05 wt%，若经过B处理后的锰酸锂的碱残留量符合LiOH ≤0.01 wt%，Li₂CO₃ ≤0.05 wt%，则可不水洗，直接进入下一步包覆处理；

C、包覆：将经过步骤B处理好的锰酸锂半成品进行包覆，包覆层为物质N或物质N′，物质N的化学式表示为：LiNi_xMn_yCo_zM′O₂，其中x+y+z=1，物质N′ 为锂源物质和掺杂物M′的混合物，包覆方法为干式包覆、湿式包覆或共沉淀包覆法；

D、加工至所需成品：当包覆物质为N时，经过步骤C包覆后的锰酸锂经分散、除铁、过筛等工艺，即得到所需的锰酸锂成品；当包覆物质为N′时，将步骤C处理后的物料进行二次烧结或二次以上烧结，烧结采取多段式不同温区烧结，烧结主温度控制在350～1080℃，主温区烧结时间为4～35 h，整个烧结过程是在空气或者氧气氛围下进行，通气量控制范围为2～30 m³/h，将烧结后的物料经破碎、分散、除铁、过筛等工艺处理，得到所需的成品。

所述步骤A中锰源物质选自为二氧化锰、四氧化三锰、氢氧化锰或二氧化三锰的一种或者多种的混合物，D50在2～30μm之间。