[发明专利]一种掺杂型单晶四氧化三锰的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂型单晶四氧化三锰的制备方法，包括(1)将硫酸锰及掺杂元素M混合后高速球磨，获得混合物A；(2)将混合物A在回转窑内加热至700℃‑950℃，保温2‑8小时后升温至1250‑1450℃保温4‑12小时，得到物料B；(3)将物料B进行粉碎过筛除铁，得到掺杂M元素的单晶四氧化三锰。本发明制备的单晶四氧化三锰合成的锰酸锂具有单晶形貌，工艺简单，锰源烧结温度低约700‑830℃左右，锂锰比约为1.04‑1.10，碳酸锂消耗少，成本低，且合成的锰酸锂压实密度高，循环性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种掺杂型单晶四氧化三锰的制备方法。

背景技术

目前普遍使用的正极材料分别是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等。由于钴价格昂贵，且钴酸锂、镍钴锰酸锂用于动力电池的安全隐患较大。锰酸锂以及磷酸铁锂是锂离子动力电池较为理想的正极材料。锰酸锂材料虽然成本低，安全性能好，但能量密度相对较低，大大限制了其在动力电池方面的应用与推广。

为了进一步改善锰酸锂的性能及降低成本，目前主流的技术路线均已四氧化三锰做为锰源来制备锰酸锂，目前市场上主流的四氧化三锰技术路线为金属锰进行氧化合成四氧化三锰以及硫酸锰共沉淀工艺制备四氧化三锰，此两种制备工艺复杂，成本较高，且制成的锰酸锂压实密度偏低，极大的限制了其在动力电池领域的使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术四氧化三锰制备工艺复杂，成本高的缺陷，提供一种掺杂型单晶四氧化三锰的制备方法。

一种掺杂型单晶四氧化三锰的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硫酸锰及掺杂元素M的化合物以一定化学比例混合后高速球磨，获得硫酸锰、M的均匀混合物A；

(2)将混合物A在回转窑内加热至700℃-950℃，保温2-8小时后升温至1250-1450℃保温4-12小时，得到物料B；优选的，将混合物A在回转窑内第一次加热至700℃-830℃。

(3)将物料B进行粉碎过筛除铁，得到掺杂M元素的单晶四氧化三锰。

进一步的，所述的步骤(1)中，掺杂元素M与Mn的摩尔比为(0.01-0.20)：(1.8-2.0)。掺杂元素M为Al、Co、Cr、Y、Si、Mg、Zr、Ti和Nd中的一种或多种元素。掺杂元素M的化合物为为氧化物，氢氧化物，碳酸盐或硫酸盐。

有益效果：

本发明制备的单晶四氧化三锰合成的锰酸锂具有单晶形貌，较其他锰源合成单晶的工艺更简单，其他锰源合成单晶锰酸锂需要更高的温度900℃左右和较高的锂锰比(1.12-1.18)，碳酸锂消耗也多，导致成本较高，并且高温合成中容易产生氧缺失，影响材料循环性能，而此锰源烧结温度低约700-830℃左右，锂锰比约为1.04-1.10，碳酸锂消耗少，成本低，且合成的锰酸锂压实密度高，循环性能优异。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1、实施例1中掺Al型单晶四氧化三锰SEM图；

图2、实施例1中掺Al型单晶四氧化三锰制备锰酸锂SEM图；

图3、实施例1中掺Al型单晶四氧化三锰制备锰酸锂的循环数据图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1