推荐一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法与流程

本站提供的推荐一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法与流程,为您介绍下面内容:


本发明涉及新能源材料技术领域,具体为一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法。



背景技术:

锂离子相比于其他电池具有高能量密度、较好的循环寿命以及较好的充放电速率等优点,被广泛应用于各类电子产品及电动汽车领域。在锂离子电池的各组成部分中,正极材料的性能已成为制约锂离子电池发展的最关键因素,其中尖晶石型锰酸锂limn2o4具有价格成本低、安全性能好、原料资源丰富、制备方法简便等优点,是最常见的锂电池正极材料之一。尖晶石型锰酸锂的理论比容量为148mah/g,由于具有三维隧道结构,锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌,不会引起结构的塌陷,因而理论上具有优异的循环稳定性能。但目前市面上的商业化锰酸锂正极材料的循环寿命以及高温稳定性能均不理想,如何制备出具有高循环寿命以及较好的高温稳定性能的动力型锰酸锂正极材料则成为了关键。

目前普遍采用电解二氧化锰为锰源制备锰酸锂正极材料,该锰酸锂正极材料在循环充放电过程中,容易发生jahn-teller畸变,并且伴随着锰的溶解,导致充放电过程中容量的快速衰减,并且该衰减随着温度的提高而持续增加,严重影响了尖晶石型锰酸锂在动力型锂离子电池领域的应用和发展。因此针对尖晶石锰酸锂正极材料自身存在的固有缺点,需要寻求一种新的制备方法,制备出高性能的动力型锰酸锂正极材料。

目前工业上生产尖晶石型锰酸锂正极材料所使用的锰源以电解二氧化锰为主,随着技术发展,四氧化三锰因其具有尖晶石结构、杂质含量低、颗粒均匀等优点,逐渐成为高端锰酸锂产品的理想锰源。因此,如何以特定的四氧化三锰为锰源,制备出具有较好循环寿命以及高温稳定性能的动力型锰酸锂正极材料已成为研究的重点。



技术实现要素:

针对上述背景技术的不足,本发明提供了一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,采用固相烧结的制备工艺,以球状四氧化三锰为锰源制备了高性能的锰酸锂正极材料,具备优异的循环寿命以及高温稳定性能的优点,解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案:一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到具有高循环寿命以及较好高温性能的动力型锰酸锂正极材料。

优选的,制备方法包括如下步骤:

s1、将碳酸锂和四氧化三锰按锂锰摩尔比0.52~0.61∶1进行混合配料;

s2、混合配料结束后,掺入改性材料,并采用斜式混料机再次进行混合,斜式混料机的混料时间为2~8h;

s3、将步骤s2中的混合料装入匣钵中,并将匣钵放入窑炉中进行烧结,获得反应产物;

s4、将步骤s3中的反应产物进行过筛除杂,得到改性的锰酸锂正极材料。

优选的,步骤s1所述的碳酸锂和四氧化三锰的混合物与步骤s2中所述的改性材料以1∶0.098~0.101的质量比进行混合,混合时间为6h,步骤s2所述改性材料为氧化铝。

优选的,步骤s3烧结过程中,窑炉均匀升温至780~850℃,升温速率为5℃/min,混合料在此温度下反应12h后随窑炉冷却至室温。

优选的,步骤s3烧结过程中,混合料烧结温度为810℃。

优选的,步骤s4中反应产物过200目标准筛除去杂质。

本发明具备以下有益效果:

本发明采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到的锰酸锂正极材料结晶度高,颗粒大小均匀,外形类似球状,表面覆盖的一次颗粒大小均一,具有极好的循环寿命以及高稳定性能,适应于手机、平板、笔记本电脑等各类高端电子产品以及电动汽车领域中。

附图说明

图1为实施例二中不同烧结温度下所制备的锰酸锂正极材料的电性能曲线图;

图2为类球状四氧化三锰、无规则颗粒四氧化三锰以及所制备的高性能动力型锰酸锂正极材料的sem照片;

图3为无规则颗粒四氧化三锰所制备的高性能动力型锰酸锂正极材料的sem照片;

图4为实施例三所制备的高性能动力型锰酸锂正极材料的sem照片;

图5为实施例三制备的高性能动力型锰酸锂正极材料的常温(25℃)1c1000周循环性能曲线;

图6为实施例三制备的高性能动力型锰酸锂正极材料的高温(55℃)1c500周循环性能曲线图;

图7为实施例三制备的高性能动力型锰酸锂正极材料与实施例四所制备的锰酸锂正极材料的常温(25℃)1c60周循环性能曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到具有高循环寿命以及较好高温性能的动力型锰酸锂正极材料。

制备方法包括如下步骤:

s1、将碳酸锂和四氧化三锰按锂锰摩尔比0.52~0.61∶1进行混合配料;

s2、混合配料结束后,掺入改性材料,并采用斜式混料机再次进行混合,斜式混料机的混料时间为2~8h;

s3、将步骤s2中的混合料装入匣钵中,并将匣钵放入窑炉中进行烧结,获得反应产物;

s4、将步骤s3中的反应产物进行过筛除杂,得到改性的锰酸锂正极材料。

其中,步骤s1所述的碳酸锂和四氧化三锰的混合物与步骤s2中所述的改性材料以1∶0.098~0.101的质量比进行混合,混合时间为6h,步骤s2所述改性材料为氧化铝。

其中,步骤s3烧结过程中,窑炉均匀升温至780~850℃,升温速率为5℃/min,混合料在此温度下反应12h后随窑炉冷却至室温。

其中,步骤s3烧结过程中,混合料烧结温度为810℃。

其中,步骤s4中反应产物过200目标准筛除去杂质。

实施例二

以实施例一的方法,采用类球状颗粒的四氧化三锰为锰源,制备锰酸锂正极材料,混料时间为6h,将混合料装入匣钵中,将匣钵放入窑炉中进行烧结,将烧结温度设定为780℃、810℃、850℃等多个温度梯度,升温速率为5℃/min,并将烧结时间设定为12h,以此来探究烧结温度对产物锰酸锂正极材料的影响。

参考图1,如图1所示,不同烧结温度下所制备的锰酸锂正极材料的电性能有明显差异,在烧结温度为780℃和850℃两个条件下制备的样品的初始容量虽然略高于810℃条件下制备的样品,但二者的容量衰减较快,循环寿命较短,因此,本发明的最佳的烧结温度为810℃该温度下制备的高性能锰酸锂正极材料具有更优异的循环稳定性。

实施例三

称取高纯的碳酸锂材料221.81g和类球状颗粒的四氧化三锰829.58g(即按锂锰摩尔比为0.56∶1进行配料),之后加入氧化铝105.14g进行混合,将混合料加入混料机中混合6h后装入匣钵后入炉烧结,以5℃/min的速率升温至810℃,在此温度下烧结时间为12h,之后随炉冷却,过200目标准筛子后得到高性能的锰酸锂正极材料。

实施例四

称取高纯的碳酸锂材料221.81g和无规则颗粒的四氧化三锰829.58g(即按锂锰摩尔比为0.56∶1进行配料),之后加入氧化铝105.14g进行混合,将混合料加入混料机中混合6h后装入匣钵后入炉烧结,以5℃/min的速率升温至810℃,在此温度下烧结时间为12h,之后随炉冷却,过200目标准筛子后得到高性能的锰酸锂正极材料。

实施例五

称取高纯的碳酸锂材料215.86g和类球状颗粒的四氧化三锰829.58g(即按锂锰摩尔比为0.52∶1进行配料),之后加入氧化铝105.14g进行混合,将混合料加入混料机中混合6h后装入匣钵后入炉烧结,以5℃/min的速率升温至810℃,在此温度下烧结时间为12h,之后随炉冷却,过200目标准筛子后得到高性能的锰酸锂正极材料。

实施例六

称取高纯的碳酸锂材料240.64g和类球状颗粒的四氧化三锰829.58g(即按锂锰摩尔比为0.61:1进行配料),之后加入氧化铝105.14g进行混合,将混合料加入混料机中混合6h后装入匣钵后入炉烧结,以5℃/min的速率升温至810℃,在此温度下烧结时间为12h,之后随炉冷却,过200目标准筛子后得到高性能的锰酸锂正极材料。

图2为两种不同形貌的四氧化三锰所制备的锰酸锂正极材料的扫描电子显微镜照片;图3为无规则状颗粒的四氧化三锰所制备的锰酸锂正极材料的扫描电子显微镜照片;图4为实施例三所制备的锰酸锂正极材料的扫描电子显微镜照片,从图2、图3和图4的照片中可以看出以类球状四氧化三锰制备的锰酸锂正极材料仍然呈现类球状,其表面的一次颗粒为不规则多面体颗粒。

图5为实施例三所制备的锰酸锂正极材料(比表面积为0.4~0.7m2/g,振实密度度≥1.6g/cm3,在3.0~4.2v的电压范围下)的常温(25℃)1c1000周循环性能曲线,从图中可以看出,材料的常温(25℃)1c初始容量≥110mah/g,且1000周1c充放电循环测试后,材料的容量保持率≥92%,具有极好的循环寿命。

图6为实施例三所制备的锰酸锂正极材料(比表面积为0.4~0.7m2/g,振实密度度≥1.6g/cm3,在3.0~4.2v的电压范围下)的高温(55℃)1c500周循环性能曲线,从图中可以看出,材料的高温(55℃)1c初始容量≥110mah/g,且500周1c充放电循环测试后,材料的容量保持率≥86%,具有优异的高温稳定性能。

图7为实施例三所制备的高性能动力型锰酸锂正极材料与实施例四所制备的锰酸锂正极材料的常温(25℃)1c60周循环性能曲线,由图可以得知,本发明所采用的类球形四氧化三锰制备的高性能动力型锰酸锂正极材料具有更高的比容量以及更优异的循环寿命以及高温稳定性能。

需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征:

1.一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于:采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到具有高循环寿命以及较好高温性能的动力型锰酸锂正极材料。

2.根据权利要求1所述的一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

s1、将碳酸锂和四氧化三锰按锂锰摩尔比0.52~0.61∶1进行混合配料;

s2、混合配料结束后,掺入改性材料,并采用斜式混料机再次进行混合,斜式混料机的混料时间为2~8h;

s3、将步骤s2中的混合料装入匣钵中,并将匣钵放入窑炉中进行烧结,获得反应产物;

s4、将步骤s3中的反应产物进行过筛除杂,得到改性的锰酸锂正极材料。

3.根据权利要求2所述的一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于:步骤s1所述的碳酸锂和四氧化三锰的混合物与步骤s2中所述的改性材料以1∶0.098~0.101的质量比进行混合,混合时间为6h,步骤s2所述改性材料为氧化铝。

4.根据权利要求2所述的一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于:步骤s3烧结过程中,窑炉均匀升温至780~850℃,升温速率为5℃/min,混合料在此温度下反应12h后随窑炉冷却至室温。

5.根据权利要求2所述的一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于:步骤s3烧结过程中,混合料烧结温度为810℃。

6.根据权利要求2所述的一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于:步骤s4中反应产物过200目标准筛除去杂质。

技术总结
本发明涉及新能源材料技术领域,且公开了一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法,采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到具有高循环寿命以及较好高温性能的动力型锰酸锂正极材料。本发明采用类球状四氧化三锰为锰源,与碳酸锂进行混合,再加入改性材料混合后进行烧结,得到的锰酸锂正极材料结晶度高,颗粒大小均匀,外形类似球状,表面覆盖的一次颗粒大小均一,具有极好的循环寿命以及高稳定性能,适应于手机、平板、笔记本电脑等各类高端电子产品以及电动汽车领域中。

技术研发人员:苑志强;刘在健;赵泽宇;于甜甜;薛龙刚;赵超超;车文昊
受保护的技术使用者:青岛红星新能源技术有限公司
技术研发日:2020.03.21
技术公布日:2020.06.26

推荐一种高性能动力型锰酸锂正极材料的制备方法与流程的相关内容如下: