高分散性亞微米級球形碳酸錳的合成制造技術

一種制備亞微米級球形碳酸錳的方法，本發明專利技術的目的是為了改進現有工藝技術的缺點和不足，提供了一種具有球形形貌的碳酸錳的制備方法，合成出的碳酸錳粉體顆粒為球形結晶，平均粒徑0.8~5微米，使制備出來的碳酸錳球形度好，粒徑小、分布均勻，分散性好，從而有效的提高鋰離子電池的電化學性性能。

Synthesis of highly dispersed submicron sized spherical manganese carbonate

A method for preparing submicron spherical manganese carbonate, the purpose of the invention is to improve the existing technology of the shortcomings and the insufficiency, provides a preparation method of a spherical manganese carbonate, manganese carbonate powder particles synthesized into spherical crystallization with average particle size of 0.8~5 microns, make preparation the manganese carbonate with good sphericity, small particle size, uniform distribution, good dispersibility, electrochemical performance of lithium ion battery so as to effectively improve the.

【技術實現步驟摘要】
高分散性亞微米級球形碳酸錳的合成
本專利技術涉及一種球形碳酸錳，特別是高分散性亞微米級球形碳酸錳的制備，主要用于制備干電池的一種錳化合物（如二氧化錳），鋰離子電池正極材料錳酸鋰及其衍生產品，屬化工產品。
技術介紹
鋰離子電池是一種新興的可充電電源，作為便攜式電源在現代生活二次電源領域得到了廣泛應用，具有電壓高、容量大、安全及環保等諸多優點。在電動車領域，鋰離子電池占得了一席之地，但想要進一步擴大它的市場，就必須在材料性能、壽命、成本等方面進一步的改善。目前，商業化的鋰離子電池幾乎全部使用LiCoO2作為正極材料，因其具有比能量高、循環性能好、制備工藝簡單等優點，但同時他也帶來了許多問題，如安全性能較差、鈷材料價格昂貴、資源匱乏，更為主要的是鈷具有毒性，對環境污染大，危害人類的健康，因此開發高性能、低成本的環保型鋰離子電池正極材料迫在眉睫。在現有的鋰離子電池正極材料中，LiNiO2雖然比能量高、價格適中，但受到循環性能不佳、合成技術難度大等的限制，其應用并不廣泛。LiMn2O4因其價格低廉、資源豐富、對環境無污染、安全性能好、高能量密度等優點成為鋰離子電池最有發展前途的正極材料之一，尤其是尖晶石結構的錳酸鋰安全性能好、耐過充性能優、結構穩定、制備簡單。但是該材料的比容量較低、高溫（55℃）循環性能較差、微觀形貌差，對其進行包覆、摻雜等改性處理難度較大，因此其發展受到了限制。結構決定性能，粉體的形貌會直接影響到材料的性能。材料的組成不一致會引起結構缺陷，從而嚴重的影響到材料結構的穩定性及其電化學性能。球形的粉體顆粒在與鋰鹽合成正極材料的時候可以自由地使鋰離子在晶體之間擴散，形成均一的物相。不規則形狀的粉體粒子容易出現嚴重的團聚和粒子架橋的現象，顆粒堆積填充時粒子間存在較大的空隙，粉體堆積密度較低。而規則的球形粒子堆積填充時，粒子間空隙較少，少有團聚和粒子架橋現象。因此，制備球形度好的正極材料粉體顆粒能夠有效地提高材料堆積密度和體積比容量，還具有優異的流動性、分散性和加工可能性，十分有利于制作電極材料漿料及電極片的涂覆，提高電極片的質量。同時，規則的球形顆粒表面比較容易進行完整、均勻、牢固的包覆修飾或者摻雜，進一步改善材料的綜合性能。因此，球形化正極材料成為鋰離子電池正極材料的重要發展方向。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了改進現有工藝技術的缺點和不足，提供了一種具有球形形貌的碳酸錳的制備方法，使制備出來的碳酸錳球形度好，粒徑小、分布均勻，分散性好，從而有效的提高鋰離子電池的電化學性性能。本專利技術的目的是通過下列技術方案實現的：一種球形碳酸錳，該碳酸錳粉體顆粒為球形結晶，平均粒徑0.8~5微米（根據實際需要可進行調整）。一種球形碳酸錳的制備方法，按下述步驟進行：1）首先用去離子水分別將工業級的錳鹽與添加劑配制成錳鹽濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；2）用去離子水將工業級的堿性沉淀劑與另一種不同于錳鹽中的添加劑配制成堿性沉淀劑濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；3）打開反應容器的攪拌，根據需要可將反應器置于10℃~60℃的水浴中，在攪拌器的作用下（攪拌速度為10r/s~30r/s），按碳錳比=1:1~5:1將原料加入反應器中進行復分解反應，反應時間為10~40min；4）反應生成的沉淀進入過濾裝置，用濾餅的1~10倍重量的去離子水洗滌數次，再用濾餅的1~10倍重量的乙醇洗滌數次，各雜質含量達標后，過濾得濾餅，在50~130℃的真空干燥箱中干燥2~10小時，得到干燥產品。上述所用的錳鹽為氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或幾種。上訴所用的添加劑為SDS、CTAB、PEG6000、OP-10中的一種。上述所用的堿性沉淀劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或幾種。本專利技術采用的反應方式為并加，正加，反加反應方式中的一種。將錳鹽和沉淀劑一起加入反應器進行反應的方式稱為并加；將沉淀劑加入錳鹽中的反應方式稱為正加；將錳鹽加入沉淀劑中進行反應的方式稱為反加。本專利技術采用的并加反應方式為將MnSO4溶液和NH4HCO3溶液同時加入反應器。本專利技術采用的正加反應方式為將NH4HCO3溶液加入MnSO4溶液中進行反應。本專利技術采用的反加反應方式為將MnSO4溶液加入NH4HCO3溶液中進行反應。本方法制備的碳酸錳是一種密度高、晶型結構完整、粒徑小、粒徑分布均勻、顆粒形狀為球形或類球形的錳化合物，該錳化合物合成工藝簡單、易控制、成本低，容易實現工業化。本專利技術具有如下優點：1、采用特殊的沉淀工藝，制備一種錳的化合物，在制備的過程中，可有效的控制產品的粒度、密度，使形狀為球形或類球形顆粒。2、傳統工藝中要求pH控制在合適的范圍內，本專利技術采用的制備方法不需要對pH值進行嚴格的控制，減弱了反應液pH對產品質量的影響，更有助于實現工業化。3、本專利技術制備出的產品球形度好，粒徑小且分布均勻，分散性好。采用真空干燥，極大程度的減弱了產品的氧化程度。附圖說明圖1是由實施例1制備出的樣品的掃描電鏡圖。圖2是由實施例3制備出的樣品的掃描電鏡圖。圖3是由實施例6制備出的樣品的掃描電鏡圖。具體實施方式實施例1：用去離子水將硫酸錳配制成1.2M、SDS配制成0.003M的混合溶液，用去離子水將碳酸氫銨配制成0.7M、CTAB配制成0.001M的混合溶液，打開反應容器的攪拌，攪拌速度為20r/s，取72mL配制好的硫酸錳原料和245mL配制好的碳酸氫氨原料，在常溫下將兩種原料快速加入反應容器中，反應時間為40min。反應完成后將沉淀轉移至洗滌過濾設備，先用去離子水進行清洗，至洗滌水的pH呈中性，再用乙醇洗滌，直至雜質含量合格，然后進行過濾，過濾所得濾餅在60℃真空干燥箱中真空干燥6h，即得到所需產品。實施例2：用去離子水將硫酸錳配制成1.2M、SDS配制成0.003M的混合溶液，用去離子水將碳酸氫銨配制成0.7M、CTAB配制成0.001M的混合溶液，打開反應容器的攪拌，攪拌速度為20r/s，將反應器置于20℃恒溫水浴中，取72mL配制好的硫酸錳原料和245mL配制好的碳酸氫氨原料，將兩種原料快速加入反應容器中，反應時間為40min。反應完成后將沉淀轉移至洗滌過濾設備，先用去離子水進行清洗，至洗滌水的pH呈中性，再用乙醇洗滌，直至雜質含量合格，然后進行過濾，過濾所得濾餅在60℃真空干燥箱中真空干燥6h，即得到所需產品。實施例3：用去離子水將硫酸錳配制成1.2M、SDS配制成0.003M的混合溶液，用去離子水將碳酸氫銨配制成0.7M、CTAB配制成0.001M的混合溶液，打開反應容器的攪拌，攪拌速度為20r/s，將反應器置于30℃恒溫水浴中，取72mL配制好的硫酸錳原料和245mL配制好的碳酸氫氨原料，將兩種原料快速加入反應容器中，反應時間為40min。反應完成后將沉淀轉移至洗滌過濾設備，先用去離子水進行清洗，至洗滌水的pH呈中性，再用乙醇洗滌，直至雜質含量合格，然后進行過濾，過濾所得濾餅在60℃真空干燥箱中真空干燥6h，即得到所需產品。實施例4：用去離子水將硫酸錳配制成1.2M、SDS配制成0.003M的混合溶液，用去離子水將碳酸氫銨配制成0.7M、CTAB配制成0.001M的混合溶液，打開反應容本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備亞微米級球形碳酸錳的方法，其特征在于：所述合成方法的具體步驟如下：1）首先用去離子水分別將工業級的錳鹽與添加劑配制成錳鹽濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；2）用去離子水將工業級的堿性沉淀劑與另一種不同于錳鹽中的添加劑配制成堿性沉淀劑濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；3）打開反應容器的攪拌，根據需要可將反應器置于10℃~60℃的水浴中，在攪拌器的作用下（攪拌速度為10?r/s?~30r/s），按碳錳比=1:1~5:1將原料加入反應器中進行復分解反應，反應時間為10~40min；4）反應生成的沉淀進入過濾裝置，用濾餅的1~10倍重量的去離子水洗滌數次，再用濾餅的1~10倍重量的乙醇洗滌數次，各雜質含量達標后，過濾得濾餅，在50~130℃的真空干燥箱中干燥2~10小時，得到干燥產品。

【技術特征摘要】
1.一種制備亞微米級球形碳酸錳的方法，其特征在于：所述合成方法的具體步驟如下：1）首先用去離子水分別將工業級的錳鹽與添加劑配制成錳鹽濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；2）用去離子水將工業級的堿性沉淀劑與另一種不同于錳鹽中的添加劑配制成堿性沉淀劑濃度為0.1M~2M、添加劑濃度為0.001M~0.02M的溶液；3）打開反應容器的攪拌，根據需要可將反應器置于10℃~60℃的水浴中，在攪拌器的作用下（攪拌速度為10r/s~30r/s），按碳錳比=1:1~5:1將原料加入反應器中進行復分解反應，反應時間為10~40min；4）反應生成的沉淀進入過濾裝置，用濾餅的1~10倍重量的去離子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐瑞全，邢王燕，劉勝洋，王海權，楊冬雪，
申請(專利權)人：大連瑞源動力股份有限公司，
類型：發明
國別省市：遼寧,21