專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及共沉淀法合成金屬釔摻雜球形錳酸鋰正極材料的制備方法，用于鋰離子電池正極材料，屬新能源材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了全球機(jī)械、能源、交通等工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，但燃油汽車(chē)在造福人類(lèi)的同時(shí)，尾氣排放也給人類(lèi)居住環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大氣污染成分的63%來(lái)自燃油汽車(chē)，已達(dá)到了必須加以嚴(yán)格控制和治理的程度能源短缺和環(huán)保的要求推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展，它們對(duì)鋰離子電池有著特殊的性能要求，但目前商品化的鋰離子電池還不能滿(mǎn)足大規(guī)模應(yīng)用的要求。為了進(jìn)一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本，尖晶石錳酸鋰的改性成為被廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)摻雜改性是改善尖晶石錳酸鋰電化學(xué)性能的有效途徑研究發(fā)現(xiàn)，合適的摻雜元素和摻雜量可以起到擴(kuò)展鋰離子脫嵌通道和穩(wěn)定晶體骨架結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，釔摻雜與其它金屬離子摻雜具有不同的特點(diǎn)和規(guī)律，一般摻雜會(huì)使比容量有所降低。但本研究發(fā)現(xiàn)，摻釔后可以提高尖晶石LiMn2O4中錳的活性，表現(xiàn)在一方面使更多Mn3+參加電化學(xué)反應(yīng)容量增加；另一方面也使更多的錳與電解液反應(yīng)，造成錳的溶解，容量損失。摻釔量越多，錳的溶解量越大。因此，只有合適的摻雜量才可以使錳酸鋰的容量提高，同時(shí)循環(huán)性能也得以改善
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種進(jìn)一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本、提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性、使錳酸鋰的容量提高，同時(shí)循環(huán)性能也得以改善的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟a)首先按Li (YxMrvx) O4的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業(yè)級(jí)碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為0. 5-2% ；b)將a)項(xiàng)稱(chēng)取的物質(zhì)按照一定的比例加入到高速造?；炝蠙C(jī)中；c)混合均勻后，再將b)制得的樣品放入真空干燥箱中100°C 110°C干燥2h ；d)將c)干燥后樣品在空氣氣氛中300°C 400°C下預(yù)燒4h，然后升溫到900°C 1000°C下焙燒8h，再降溫到600°C 700°C保溫12h，得到所需樣品。上述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，所摻雜的金屬離子為Y。上述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，將混合均勻后制得的樣品放入真空干燥箱中105°C干燥2h。
上述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，將c)干燥后樣品在空氣氣氛中350°C下預(yù)燒4h，然后升溫到950°C下焙燒8h，再降溫到650°C保溫12h，得到所需樣品。本發(fā)明高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法的優(yōu)點(diǎn)是摻釔后有效提高了尖晶石LiMn204中錳的活性，表現(xiàn)在一方面使更多Mn3+參加電化學(xué)反應(yīng)容量增加；另一方面也使更多的錳與電解液反應(yīng)，造成錳的溶解，容量損失。摻釔量越多，錳的溶解量越大。使得錳酸鋰的容量提高，同時(shí)循環(huán)性能也得以改善。本發(fā)明進(jìn)一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本，起到了擴(kuò)展鋰離子脫嵌通道和穩(wěn)定晶體骨架結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；實(shí)施例I首先分別稱(chēng)取電解二氧化錳770. 0g、氧化釔2. 45g、工業(yè)級(jí)碳酸鋰178. 0g，加入高速造粒混料機(jī)中，混合均勻后，把反應(yīng)產(chǎn)物取出，將制得的反應(yīng)產(chǎn)物樣品放入真空干燥箱中100°C干燥2h ;然后放入馬弗爐中煅燒，在空氣氣氛中300°C下預(yù)燒4h，然后升溫到900°C下焙燒8h，再降溫到600°C保溫12h，得到所需樣品。冷卻后破碎篩分過(guò)300目篩，篩下為摻雜釔的錳酸鋰產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，該錳酸鋰壓實(shí)密度為3. 08g/cm3，平均粒徑13 ym，比表面積
0.4822m2/g，其他雜質(zhì)均小于5ppm，初始容量130mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環(huán)容量保持率92%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實(shí)密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質(zhì)均小于5ppm。實(shí)施例2首先分別稱(chēng)取電解二氧化錳770. 0g、氧化釔4. 92g、工業(yè)級(jí)碳酸鋰178. 0g，加入高速造?；炝蠙C(jī)中，混合均勻后，把反應(yīng)產(chǎn)物取出，將制得的反應(yīng)產(chǎn)物樣品放入真空干燥箱中105°C干燥2h ;然后放入馬弗爐中煅燒，在空氣氣氛中350°C下預(yù)燒4h，然后升溫到950°C下焙燒8h，再降溫到650°C保溫12h，得到所需樣品。冷卻后破碎篩分過(guò)300目篩，篩下為摻雜釔的球形錳酸鋰產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，該錳酸鋰壓實(shí)密度為2. 93g/cm3，平均粒徑14 y m，比表面積
0.4032m2/g，其他雜質(zhì)均小于5ppm，初始容量118mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環(huán)容量保持率89%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實(shí)密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質(zhì)均小于5ppm。實(shí)施例3首先分別稱(chēng)取電解二氧化錳770. 0g、工業(yè)級(jí)碳酸鋰178. 0g，加入高速造?；炝蠙C(jī)中，混合均勻后，把反應(yīng)產(chǎn)物取出，將制得的反應(yīng)產(chǎn)物樣品放入真空干燥箱中110°C干燥2h ;然后放入馬弗爐中煅燒，在空氣氣氛中400°C下預(yù)燒4h，然后升溫到1000°C下焙燒8h，再降溫到700°C保溫12h，得到所需樣品。冷卻后破碎篩分過(guò)300目篩，篩下為摻雜釔的球形錳酸鋰產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，該錳酸鋰壓實(shí)密度為2.80g/cm3，平均粒徑12 ym，比表面積
0.7005m2/g，其他雜質(zhì)均小于5ppm，初始容量105mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環(huán)容量保持率85%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實(shí)密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質(zhì)均小于5ppm。
當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 a)首先按Li(YxMrvx) O4的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業(yè)級(jí)碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為O. 5-2% ； b)將a)項(xiàng)稱(chēng)取的物質(zhì)按照一定的比例加入到高速造?；炝蠙C(jī)中； c)混合均勻后，再將b)制得的樣品放入真空干燥箱中100°C 110°C干燥2h; d)將c)干燥后樣品在空氣氣氛中300°C 400°C下預(yù)燒4h，然后升溫到900°C 1000°C下焙燒8h，再降溫到600°C 700°C保溫12h，得到所需樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，其特征是所摻雜的金屬尚子為Y。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，其特征是將混合均勻后制得的樣品放入真空干燥箱中105°C干燥2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料，其特征是將c)干燥后樣品在空氣氣氛中350°C下預(yù)燒4h，然后升溫到950°C下焙燒8h，再降溫到650°C保溫12h，得到所需樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟a)首先按Li(YXMn1-X)O4的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業(yè)級(jí)碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為0.5-2％；b)將a)項(xiàng)稱(chēng)取的物質(zhì)按照一定的比例加入到高速造?；炝蠙C(jī)中；c)混合均勻后，再將b)制得的樣品放入真空干燥箱中100℃～110℃干燥2h；d)將c)干燥后樣品在空氣氣氛中300℃～400℃下預(yù)燒4h，然后升溫到900℃～1000℃下焙燒8h，再降溫到600℃～700℃保溫12h，得到所需樣品。本發(fā)明進(jìn)一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本，起到了擴(kuò)展鋰離子脫嵌通道和穩(wěn)定晶體骨架結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M4/505GK102709564SQ20121016408
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者孫慧英, 孫琦, 張連君 申請(qǐng)人:青島乾運(yùn)高科新材料股份有限公司