[發(fā)明專利]一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法

有效

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• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102664254A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫琦;張連君;孫慧英
• 申請（專利權(quán)）人: 青島乾運(yùn)高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法。

背景技術(shù)

由于尖晶石LiMn₂O₄具有較高比能量、低成本、低污染等優(yōu)勢，最有希望成為下一代鋰離子蓄電池正極材料，但其循環(huán)性能差限制了其應(yīng)用。目前對該材料的研究正集中于LiMn₂O₄的改性上，以提高LiMn₂O₄的循環(huán)性能，眾多研究表明，用摻雜Fe、Co、Ni、Zn、Mg等金屬元素，形成LiM_xMn_2-xO₄(M為摻雜元素)來穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)是解決這種正極材料循環(huán)容量下降的最有效方法。

目前工業(yè)化生產(chǎn)錳酸鋰的方法主要是高溫固相法。對于固相合成法而言，通常是采用兩步燒結(jié)的方法，這在一定程度上加大了生產(chǎn)成本。另外，原料混合的均勻程度和顆粒大小是影響材料性能的重要因素，所以不同的混料方式可能會對物料的混合程度和粒度分布以及合成產(chǎn)物的性能有一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠節(jié)約生產(chǎn)成本、提高原料混合均勻程度、有效保證粒度分布均勻的同時(shí)降低生產(chǎn)成本的一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、按照鋰錳摩爾比為0.5-0.6，稱量鋰源化合物和其中一種摻雜化合物放入高速混合造粒機(jī)中進(jìn)行混料，混料時(shí)間設(shè)置為10-30分鐘；

(2)、再加入另一種摻雜化合物進(jìn)行混合，混合時(shí)間設(shè)置為10-30分鐘；

(3)、最后加入錳源化合物充分混合，混合時(shí)間設(shè)置為30-60分鐘；

(3)、待所有反應(yīng)物混合均勻后，按配比加入粘合劑進(jìn)行造粒；

(4)、放料，將物料放入烘箱中干燥；

(5)、待干燥完成后，放入氣氛爐進(jìn)行煅燒；

(6)、將煅燒后的物料解碎，過篩，進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測；

其中，鋰源化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰或者硝酸鋰中的一種；摻雜化合物為氫氧化鋁或四氧化三鈷中的一種；錳源化合物為二氧化錳或四氧化三錳中的一種，摻雜氫氧化鋁、四氧化三鈷的量分別是碳酸鋰質(zhì)量的6-10％和5-8％。

上述的一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法，造粒是用3％的聚乙烯醇(PVA)作粘合劑，物料中水分含量10-20％，干燥溫度為100-200℃。

上述的一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法，煅燒是指1h從室溫升溫至350℃，在該溫度下保溫4h，再2h升至950℃保溫5h，然后2h降至650℃保溫15h，最后自然降溫。

本發(fā)明一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的方法的優(yōu)點(diǎn)是：每加入一種物質(zhì)都先混合一段時(shí)間再加入另一種物質(zhì)進(jìn)行混合，該法改善了材料混合的均勻性，從而促進(jìn)了固相反應(yīng)的發(fā)生，提高了材料的電化學(xué)性能。制備工藝簡單，能夠使得材料的性能提高，并且適合工業(yè)化大生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的SEM圖；

圖2為一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的XRD圖；

圖3為一步燒結(jié)固相反應(yīng)制備復(fù)合摻雜錳酸鋰的首次充放電曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明；

實(shí)施例1：

(1)稱量715g碳酸鋰，58g氫氧化鋁倒入高速混合造粒機(jī)中混合30分鐘。

(2)再加入44g四氧化三鈷進(jìn)行混合30分鐘。

(3)最后加入3183g二氧化錳整體混合60分鐘。

(4)加入3％的聚乙烯醇進(jìn)行造粒，水分含量12％。

(5)將顆粒于100℃干燥，充分干燥后進(jìn)行燒結(jié)，1h從室溫升溫至350℃，在該溫度下保溫4h，再2h升至950℃保溫5h，然后2h降至650℃保溫15h，最后自然降溫。

(6)將煅燒后的物料解碎，過篩，進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測，結(jié)果如圖1-圖3所示。

實(shí)施例2：

(1)稱量686g氫氧化鋰，48g四氧化三鈷倒入高速混合造粒機(jī)中混合20分鐘。

(2)再加入36g氫氧化鋁進(jìn)行混合20分鐘。

(3)最后加入3118g四氧化三錳整體混合40分鐘。