[發明專利]一種單晶錳酸鋰材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110362475.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112993241B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 彭忠東;舒鈺銘;胡國榮;杜柯;曹雁冰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525;C01B35/12;C01G45/02;C01G51/00;C01G45/12;C30B1/10;C30B29/22
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

1.一種單晶摻雜錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

A）將銨鹽與可溶性含摻雜元素的化合物M加入到去離子水中，設定溫度下，持續攪拌并通入氧化性氣體，在保持通入氣體的條件，加入錳粉，錳粉的加入需要保持持續緩慢的加入，加料結束后，繼續進行反應，反應結束后，停止氣體的通入，接著降溫至室溫，然后加入沉淀劑，進行攪拌沉淀反應，反應結束后，固液分離，固體進行洗滌、干燥后，得到摻雜均勻的四氧化三錳粉末，該摻雜均勻的四氧化三錳具有八面體一次顆粒團聚而成的二次顆粒；

B)將步驟A）摻雜均勻的四氧化三錳粉末、鋰源，混合均勻，得到混合粉料；

C)將步驟B)中的混合粉料先在400~550 ℃進行一段焙燒，再在600~680 ℃進行二段焙燒，最后在800~950℃進行三段焙燒，冷卻、破碎后得到缺陷型單晶摻雜錳酸鋰粉末材料；

D)將步驟C）中的缺陷型單晶摻雜錳酸鋰粉末材料繼續在350~520 ℃進行一段焙燒，再在580~650 ℃進行二段焙燒，最后在700~850℃進行三段焙燒，冷卻、破碎后得到晶體結構完整的單晶摻雜錳酸鋰粉末材料；

所述步驟A)中，氧化性氣體為氧氣或者空氣；錳粉與銨鹽的質量比為(3~20):1，錳粉的加入速度為20~30g/h，繼續反應時間為5~12h；沉淀劑為碳酸銨、碳酸氫銨、氨水、碳酸鈉、氫氧化鈉中的一種或多種，沉淀反應時間為1~12h；反應過程中，攪拌速度為300~1000 r/min；

所述步驟A)中，銨鹽為硝酸銨、氯化銨、硫酸銨中的一種或多種；可溶性含摻雜元素的化合物M為鈷、鎳、鈣、錫、鋯、鉻、鋇、鋁、鎂、鍶的硝酸鹽，鈷、鈣、錫、鋯、鉻、鑭、鋇、鋁、鎂、鍶的氯化物和鎳、鈣、鑭、鋇、鎂、鍶的醋酸鹽以及鈷、鎳、錫、鋯、鉻、鋁、鎂、鈰的硫酸鹽中至少一種；銨鹽在去離子水中的濃度為5~100 g/L，含摻雜元素的化合物M在去離子水中的濃度為5~30 g/L；設定溫度為50~90℃。

2.根據權利要求1所述的單晶摻雜錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于，所述步驟B)中，鋰源包括碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰中的一種或多種，根據摻雜錳酸鋰的結構式，配比摻雜均勻的四氧化三錳粉末和鋰源。

3.根據權利要求1所述的單晶摻雜錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于，所述步驟C)中，所有的升溫速率均為1~8 ℃/min，一段焙燒的時間為 2~6 h，二段焙燒的時間為4~9 h，三段焙燒的時間為8~16 h；破碎采用輥式破碎或球磨破碎進行，破碎時間為10~60 min，過100~300目篩。

4.根據權利要求1所述的單晶摻雜錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于，所述步驟D)中，所有的升溫速率均為1~6 ℃/min，一段焙燒的時間為 2~5 h，二段焙燒的時間為4~8 h，三段焙燒的時間為8~14 h；破碎采用輥式破碎或球磨破碎進行，破碎時間為10~60 min，過100~300目篩。

5.根據權利要求1~4中任意一項所述的制備方法制備得到單晶摻雜錳酸鋰材料。