[发明专利]锰酸锂的制备方法、锰酸锂材料、锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高倍率、长寿命正极材料的制备方法。

背景技术

全球石油资源的匮乏和大气污染的日益加剧，发展清洁能源成了各国重要的任务。环保、节油的混合动力汽车和纯电动汽车是当前最主要的发展方向。那么作为电动汽车内电池中最为重要的锂离子正极材料也成为了目前最为热点的研究方向。

在几款重要动力电池正极材料中，尖晶石结构锰酸锂由于其资源丰富、价格低廉、较好的一致性等优点，在动力电池中依然占据着重要的地位。在电动自行车、电动大巴上已经有相当一部分电池采用锰酸锂材料。并且在近期日韩等企业将锰酸锂和多元材料混合使用以进一步增强能量密度并且降低成本。

虽然锰酸锂有诸多优势，但是致命缺陷在于充放电循环过程中容量衰减较快，在高温下衰减更为明显。原因在于(1)所合成材料纯度不高，形貌不规则，导致材料和电解液反应活性较大，导致锰溶解加速；(2)材料具有Jahn-teller效应，随着充放电次数增加，材料内部发生了畸变，容量快速下降。

那么上述所说锰酸锂缺点可以在合成工艺上进行改进，使得材料性能大大改善。现在锰酸锂生产中常用的方法就是固相法，也就是将二氧化锰、碳酸锰等锰源与碳酸锂、氢氧化锂进行干混。待两组分混合均匀后在进行高温煅烧,最终合成成品。但是这种方法无法将锂盐均匀混合到锰源的内部，并且所合成的锰酸锂颗粒棱角明显，这就造成了合成工艺稳定性不好，还有加大了锰酸锂和电解液反应的活性，导致循环变差。

基于上述问题需要，对传统锰酸锂的合成方法进行工艺改进成为行业内迫切需求。

发明内容

本发明目的在于提出一种锰酸锂材料的制备方法、所制得的锰酸锂材料及锂离子电池正极材料，以克服传统锰酸锂合成方法中带来的混料不均匀、形貌不规则、结晶不纯等缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现。

为实现上述目的，本发明提出一种锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将锂源、锰源、掺杂金属氧化物、助熔剂按所需配比加入到球磨机中，并加入溶剂在球磨机中进行球磨，使得浆料粒度达到1μm以下；

步骤2：将步骤1得到的浆料转入到砂磨机中进行粉碎，并向砂磨机中加入分散剂，使得浆料粒度达到200nm～300nm；

步骤3：将步骤2中得到的浆料除铁，然后转入离心式喷雾干燥塔中，进行喷雾造粒；以及

步骤4：将步骤3得到的喷雾造粒后的产物进行烧结得到锰酸锂。

其中，所述步骤1中，所述溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇、水中的一种或几种的混合物，所述溶剂的添加量为使得浆料固含量在20%～30%。

其中，所述掺杂金属氧合物为MgO和Al₂O₃两种。其中，所述锂源、所述锰源、MgO、Al₂O₃加入量以摩尔比为Li：Mn：Mg：Al=(1～1.04)：1：(0.01～0.05)：(0.01～0.05)进行配料。

其中，所述步骤1中，所述助熔剂为硼类化合物或酸性助溶剂。加入量占配料总重量的0.1%～0.5%。

其中，所述步骤2中，所述分散剂重量占所述锰酸锂总重量的3%～15%，所述分散剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇20000、蔗糖酯、脂肪酸甘油酯、脂肪醇酯中的至少一种。

其中，所述步骤2中，所述砂磨机进行细磨时所需电机转速在1000转/min～1500转/min。

其中，所述步骤3中，所述离心式喷雾干燥塔的雾化器转速在250Hz在350Hz之间。

其中，所述步骤3中，所述离心式喷雾干燥塔进料温度在180℃～220℃，出料口温度在100～125℃。

其中，所述步骤4中，所述烧结条件为：在温度250℃～300℃保持2～4小时，升温至750℃～850℃保持8～12小时，再降温到500℃～650℃保持4～6小时。

而且，为实现上述目的，本发明还提出了一种上述制备方法所制得的锰酸锂材料。

而且，为实现上述目的，本发明还提出了一种锂离子电池正极材料，包括上述锰酸锂材料。