鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法，該方法包括將鋰源化合物與錳源化合物混合攪拌，將所得混合物置于回轉窯中升溫至400℃～650℃進行預處理，保溫1h～8h后降至常溫；然后將所得產物置于煅燒爐中升溫至750℃～1000℃，煅燒10h～30h，煅燒完成后先以1℃/min～3℃/min的速度降溫至550℃～650℃，再冷卻至室溫，將所得反應產物進行破碎并篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料。本發明專利技術的方法工藝簡單、成本低廉，該方法制得的錳酸鋰正極材料所裝配的電池具有優異的循環性能和高比容量，應用前景廣闊。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新材料
，具體涉及一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的回轉窯熔融混合預處理法。
技術介紹
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電率小、綠色環保等優點，因此它的出現成為二次電池歷史上的一次技術飛躍，并迅速占領了手機、筆記本電腦等便攜式電池市場，并且市場上已經推出了以鋰離子電池作為動力的混合動力車和純電動車。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，其性能好壞與成本高低對鋰離子電池的發展和應用起著關鍵性作用。目前，鋰離子電池的正極材料有鈷酸鋰(LiCo02)、錳酸鋰(LiMn2O4X多元復合材料和磷酸鐵鋰(LiFePO4)15其中，鈷酸鋰的電化學性能最好，但價格貴、安全性能差；多元復合材料價格適中，但循環穩定性差、安全性能不理想；磷酸鐵鋰價格比較便宜，安全性能好，但合成一致性差，能量密度低；尖晶石錳酸鋰(LiMn2O4)的電壓平臺4.1V,與鈷酸鋰相當，理論容量為148mAh/g左右。早在上個世紀八十年代，Goodenough教授就發現鋰離子電池能夠在尖晶石結構的錳酸鋰中進行電化學的可逆嵌入與脫嵌，從而獲得了眾多研究者的廣泛關注。另外，錳酸鋰具有原料豐富、成本低、安全性能好以及對環境友好等優點，故而錳酸鋰體系是動力鋰離子電池正極材料的首選材料之一。錳酸鋰的生產制備最普遍的是采用固相燒結法、鋰源和錳源原材料采用簡單的干法或濕法混合方法，這些方法工藝簡單，易于控制，是工業化生產普遍采用的方法。鋰源和錳源原材料混合方法有干式球磨、濕式(有機溶劑或水溶劑)攪拌等常用混合方式。但是，這些混合方式都不能將原材料充分混合均勻，導致錳酸鋰晶體結構中的錳和鋰分布不均勻，使結構產生缺陷，從而影響了電池的穩定性和循環壽命，限制了錳酸鋰電池的廣泛應用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可改善錳酸鋰晶體結構、得到具有較高容量、較長電池壽命、且高溫循環性能良好的。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為一種，所述方法包括將鋰源化合物與錳源化合物混合攪拌，將所得混合物置于回轉窯中升溫至400°C 650°C(優選400°C 600°C )進行預處理，保溫Ih 8h(優選4h 6h)后降至常溫(優選自然降溫)，在該預處理的溫度下，鋰源物質為熔融狀態，錳源物質保持固態，保溫過程中，鋰源逐步滲透到錳源粒子中，形成錳酸鋰前驅體；預處理后，將所得產物置于煅燒爐中升溫至750°C 1000°C (即煅燒溫度)，煅燒IOh 30h，煅燒完成后，先以1°C /min 3°C /min (優選1°C /min 2°C /min)的速度降溫至550°C 650°C (優選600°C 6500C )，再冷卻至室溫(優選自然冷卻)，將所得反應產物進行破碎并篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料?，F有技術中，錳酸鋰的制備方法主要是將錳源與鋰源通過固相或液相機械混合后，直接煅燒，煅燒溫度一般為700°C 1000°C，燒結產物經過破碎過篩后，再進行二次煅燒，后經破碎過篩得到產品。而本專利技術中，將錳源與鋰源混合后采用回轉窯預處理，使鋰源物質在熔融狀態下與錳源充分混合，降溫過程中，鋰源物質均勻包覆錳源，并緩慢滲透到錳源粒子內部，L1-Mn以化合鍵結合，達到分子級混合。與現有方法相比，本專利技術的原理為在錳源保持固體、鋰源熔融狀態下混合，既保持錳源的晶型，同時鋰源又能滲透到粒子內部，達到錳鋰在微觀上的均勻分布。預處理所得產品直接置于煅燒爐中進行二段煅燒，煅燒完成后，控制初始降溫的速度，可以使錳酸鋰由熔融態緩慢結晶，形成完整的尖晶石結構，并固化為球形形貌，晶核成型后再冷卻至室溫。上述的方法中，煅燒溫度優選750°C 850°C，煅燒時間優選IOh 20h，升溫速率優選 3°C /min 5°C /min。上述的方法中，所述鋰源化合物中鋰元素與所述錳源化合物中錳元素的摩爾比優選 0.5 0.7: I。上述的方法中，所述鋰源化合物優選Li2CO3或LiOH,所述猛源化合物優選Μη02、Mn3O4 或 MnCO3。上述的方法中，所述煅燒過程在空氣或氧氣氣氛下進行。與現有技術相比，本專利技術的優點在于:1、本專利技術的方法可有效解決錳酸鋰晶體結構中錳和鋰兩種元素分布不均的問題，由鋰離子電池錳酸鋰正極材料裝配的電池具有優異的循環性能和高比容量，極大地提高了鋰離子電池的循環壽命，尤其是在高溫下的循環和存儲性能。2、本專利技術的方法制作工藝簡單、生產成本低、可大規模應用于生產中，具有十分重要的現實意義。附圖說明圖1為本專利技術實施例1 4中錳酸鋰粉體的XRD圖，其中曲線A D分別表示實施例I 4。圖2為本專利技術實施例1 4中鋁殼電池的電化學性能測試循環一比容量曲線圖，其中曲線A D分別表不實施例1 4。具體實施例方式實施例1: 一種本專利技術的，包括以下步驟: (I)預處理:將碳酸鋰與二氧化錳加入攪拌混合機中混合并攪拌4h，其中Li: Mn =0.58: I (摩爾比)，將所得混合物置于回轉窯中，在650°C下保溫運行2h，然后自然降溫。(2)煅燒:將預處理所得產物置于煅燒爐中(在隧道窯中)升溫至850°C，在空氣氣氛下煅燒15h，然后以3°C /min的速度降溫至600°C以下，再自然冷卻至室溫。(3)將步驟(2)所得反應產物進行破碎，再過400目篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料(即錳酸鋰粉體)。如圖1所示，曲線A是本實施例制備的錳酸鋰粉體的XRD圖，由圖可知，該錳酸鋰粉體衍射峰明顯，與標準峰對照可知，其具有完整的典型尖晶石結構，沒有雜相，并且結晶良好。將本實施例制備的鋰離子電池錳酸鋰正極材料裝配成鋁殼電池，電池的裝配工藝如下:正極漿料按照錳酸鋰粉體:SP: S-O: PVDF = 92.7%: 2.5%:1.5%: 3.8%的比例配置，然后涂布于鋁箔上；以人造石墨為負極，負極漿料按照石墨:CMC: SBR =95%: 2.5%: 2.5%的比例配置，涂布于銅箔上，單位面積的容量負極要比正極過量8% 10%;然后經過卷繞、入殼、封口、注液以及化成等工藝制作成鋁殼電池。如圖2所示，圖中曲線A是上述電池在55°C下IC的循環一比容量曲線圖。由圖可知，由本專利技術方法制備的錳酸鋰正極材料裝配的電池，初始比容量高于105mAh/g，而在高溫條件下循環500次后，比容量保持率大于90%。由此可見，本專利技術制備的錳酸鋰正極材料不僅保持了高的容量，而且具有良好的高溫循環性能。實施例2: 一種本專利技術的，包括以下步驟: (I)預處理:將氫氧化鋰與球形四氧化三錳加入攪拌混合機中混合并攪拌4h，其中Li: Mn = 0.58: I (摩爾比)，將所得混合物置于回轉窯中，在500°C下保溫運行2h，然后自然降溫。(2)煅燒:將預處理所得產物置于煅燒爐中升溫至800°C，在空氣氣氛下煅燒15h，然后以3°C /min的速度降溫至600°C以下，再自然冷卻至室溫。(3)將步驟(2)所得反應產物進行破碎，再過400目篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料(即錳酸鋰粉體)。如圖1所示，曲線B是本實施例制備的錳酸鋰粉體的XRD圖，由圖可知，該錳酸鋰粉體衍射峰明顯，與標準峰對照可知，其具有完整的典型尖晶石結構，沒有雜相，并且結晶良好。將本實施例制備的鋰離子電池錳酸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括將鋰源化合物與錳源化合物混合攪拌，將所得混合物置于回轉窯中升溫至400℃～650℃進行預處理，保溫1h～8h后降至常溫；然后將所得產物置于煅燒爐中升溫至750℃～1000℃，煅燒10h～30h，煅燒完成后先以1℃/min～3℃/min的速度降溫至550℃～650℃，再冷卻至室溫，將所得反應產物進行破碎并篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括將鋰源化合物與錳源化合物混合攪拌，將所得混合物置于回轉窯中升溫至400°C 650°C進行預處理，保溫Ih 8h后降至常溫；然后將所得產物置于煅燒爐中升溫至750°C 1000°C，煅燒IOh 30h，煅燒完成后先以1°C /min 3°C /min的速度降溫至550°C 650°C，再冷卻至室溫，將所得反應產物進行破碎并篩分處理，得到鋰離子電池錳酸鋰正極材料。2.根據權利要求1所述的鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒時的溫度為750°C ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭天劍，斯欽圖雅，鄧庭宣，
申請(專利權)人：湖南匯博新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：