[发明专利]一种尖晶石型锰酸锂材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电池制造领域，特别是一种尖晶石型锰酸锂材料及其制备方法，制备方法包括步骤：以锂源化合物、锰源化合物和高锰酸锂作为原料，将原料和掺杂剂进行混合，得到混合物；将混合物进行烧结，得到尖晶石型锰酸锂材料。本发明通过在原料中加入高锰酸锂代替部分锰源和锂源，使得以四氧化三锰为主要锰源的锰酸锂制备可以采用空气气氛窑炉作为合成设备，从而降低了生产成本；并使用多离子复合掺杂的方式对锰酸锂材料进行掺杂改性，无需对原料进行表面包覆，从而简化了生产工艺，进而降低了生产成本、缩短了生产周期。

技术领域

本发明涉及电池制造领域，特别是一种尖晶石型锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

尖晶石型锰酸锂材料具有较高的工作电压、价格低廉、环境友好、安全性好等优点，尖晶石型锰酸锂被认为是具有良好应用前景的锂电池正极材料之一。尖晶石型锰酸锂材料的制备一般采用电解二氧化锰作为锰源，并采用空气气氛的隧道窑或辊道窑作为合成设备。

但是尖晶石型锰酸锂也存在一定的缺点，如比容量不高、循环性能差、高温性能差。尖晶石型锰酸锂材料在循环过程中容易出现大量二价锰离子溶解于电解液的现象和由该现象诱发的Jahn-Teller畸变。这些现象会对尖晶石型锰酸锂材料的结构和性能造成破环性改变，进而导致电池容量的快速衰减。

为了提高材料性能，现有的尖晶石型锰酸锂材料制备技术大多采用在氧气气氛下以四氧化三锰作为锰源的方式进行制备，并且还增加了混料包覆的工艺流程以提高材料的循环性能。但是，能够制造氧气气氛的窑炉设备价格比较昂贵，使得生产成本较高；同时，混料包覆工序的增加也会提高生产成本和生产周期。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种尖晶石型锰酸锂材料及其制备方法，巧妙地解决了现有技术中生产周期较长和生产成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供了一种尖晶石型锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

以锂源化合物、锰源化合物和高锰酸锂作为原料，将原料和掺杂剂进行混合，得到混合物；

将混合物进行烧结，得到尖晶石型锰酸锂材料。

可选地，原料中Li:Mn的摩尔比为0.52～0.56。

可选地，原料和掺杂剂的混料时间为4～6小时。

可选地，混合物烧结的烧结温度为780～850℃。

可选地，将混合物进行烧结的步骤还包括步骤：

达到烧结温度后保温8～18小时，然后冷却至室温。

可选地，制备方法还包括步骤：

对尖晶石型锰酸锂材料进行除磁、过筛，其中，筛子规格为200目筛。

可选地，原料还包括四氧化三锰和碳酸锂；其中，高锰酸锂和四氧化三锰的摩尔比为x:(1-x)，x＝0.35～0.65。

可选地，掺杂剂包括纳米级三氧化二钴、纳米级五氧化二铌和纳米级三氧化二铝。

可选地，混合物中Mn:Co:Nb:Al的摩尔比为a:b:c:d；其中，a＝2-(b+c+d)，0.0003＜b＜0.015，0.0005＜c＜0.005，0.002＜d＜0.02。

本发明还提供了一种尖晶石型锰酸锂材料，采用上述的制备方法制备，尖晶石型锰酸锂材料的化学式为Li_zMn_2-e-f-gCo_eNb_fAl_gO₄，其中，1＜z1.1，0.0003＜e＜0.015，0.0005＜f＜0.005，0.002＜g＜0.02。