[发明专利]球形锰酸锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池用球形锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。所述锰酸锂锂离子正极材料化学式为Li_xMn₂R_aO_b其中，R为至少含硼的掺杂元素，0.95＜x＜1.6，0.02＜a＜0.25,4＜b＜4.8；其制备方法包括下述步骤：将包括锰源前驱体、锂源化合物、含或不含硼元素的掺杂元素化合物的原料按计量比混合后，经预烧脱水后制备出锰酸锂半成品1，再经与含或不含硼元素的掺杂元素化合物，锂盐化合物混合后烧结、粉碎制备得到所述锂离子电池正极材料。本发明有利于减少成品锰酸锂的晶体棱角，制备出球形度较高的锰酸锂，以及提升锰酸锂材料的压实密度。其制备方法经济可行，适用性广泛，效果明显，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，主要涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种球形锰酸锂正极材料制备方法。

背景技术

近年来随着新能源汽车的兴起，对移动设备的化学电源能量密度及安全性的要求越来越高，目前常见的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂。其中钴酸锂尽管能量密度高，但因钴储存量有限因而主要用于3C领域的小型锂离子电池中，锰酸锂及磷酸亚铁锂材料能量密度较低，有逐渐被镍钴锰酸锂等含钴低的高镍材料替代的趋势，尽管如此，受市场供需影响，锰酸锂材料仍旧是一款类似“压舱石”的正极材料，仍旧具有较好的市场应用前景。

锰酸锂正极材料通常包括尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)以及层状结构的锰酸锂(LiMnO₂),后者因知识产权主要在美国阿贡(Argone)实验室，以及合成制备和电池电解质的匹配性问题目前研究主要集中于实验室阶段。尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄是Hunter博士在1981年首先制得，晶体结构属于立方晶系，Fd_3m空间群，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性。

由于锰酸锂中只含有锂和锰两种有价元素。且来源广泛，因此在近年来正极材料市场价格涨跌中受市场影响较小，整体价格已接近铅酸系电池的价格，因而是锂离子电池中代替铅酸系电池的最有力竞争者。目前市场上推出的锰酸锂材料主要用于功率型锂电池和动力型锂电池。

锰酸锂相对钴酸锂，镍钴锰酸锂等层状结构材料而言，其的劣势是能量密度低，尽管理论比容量为148mAh/g，但实际发挥的比容量为80-90mAh/g(钴酸锂为140-180mAh/g)，以及压实密度低3.0g/cm³(钴酸锂为4.2g/cm³),且加工过程中普遍存在因锰酸锂粉体立方晶体棱角分明易损坏集流体铝箔(厚度通常9～20μm)的问题，因此无论是材料的比容量还是材料的重量及体积能量密度均较钴酸锂低，因此如何有效的提升锰酸锂的比容量扩大其应用范围是解决锰酸锂应用的关键。

专利文献CN201110056889.1公开了一种高温循环稳定的尖晶石锰酸锂合成方法，其特征在于，将原料锂化合物、锰化合物以及Al₂O₃、MgO、TiO₂、Cr₂O₃的一种或多种按照化学式Li_(1+x)Mn_(2-x-y)M_yO₄(0＜x＜0.3，0＜y＜0.2，M为Al、Mg、Ti、Cr的一种或多种)均匀混合，然后在500～750℃下保温5～20h，冷却后的产物研磨后在800～1200℃下保温10～30h，冷却后的产物与一定量的钴、镍、锂化合物(钴、镍、锂和产物中的锰摩尔比为0.02～0.2)均匀混合，再于500～750℃下保温10～30h，最后产物经冷却后粉碎过筛得到成品。从最终制备物上看，似乎是一种锰酸锂掺杂的镍钴二元材料。