專利名稱：一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料制備技術(shù)，尤其是一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池中，正極材料是其最重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵。磷酸錳鋰材料具有4.1V的高電壓、空氣中穩(wěn)定、安全性好，環(huán)境友好、原料來源廣泛等特點，其中，鋰、錳、磷都是地球上儲量豐富的元素，價格低廉，在鋰離子電池的大量使用中可以保持低成本。而且錳化合物在電池行業(yè)中使用的歷史很長，對錳化合物的處理和回收的經(jīng)驗豐富，不會對環(huán)境造成很大的污染，成為當今世界上各國研究的熱點。磷酸錳鋰的理論克容量為170mAh/g，且具有4.1V的高電壓，正好位于現(xiàn)有電解液體系的穩(wěn)定電化學窗口，具有潛在的高能量密度的優(yōu)點。但是磷酸錳鋰的電子導電性較磷酸鐵鋰還要差，研究表明，合成方法對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響，因此，發(fā)展新的方法來制備LiMnPO4材料成為改進其性能的重要途徑之一。目前常用來制備LiMnPO4的方法主要為傳統(tǒng)固相法，此方法簡單快捷，但混料不均，原料受熱不均勻，產(chǎn)品粒徑不均勻，物相純度受到局限，成本較高能耗大，產(chǎn)品性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，能夠得到結(jié)晶度均勻的磷酸錳鋰從而提高其循環(huán)性能和穩(wěn)定性，并且使得燒結(jié)時間大大降低從而節(jié)約成本、節(jié)能減排。一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，其特別之處在于，包括如下步驟

(I)將Mn的化合物、P的化合物、Li的化合物三種原料按照Mn Li =PO4=1:1 :1的摩爾比加入到去離子水中,其中混合溶液中Mn的摩爾濃度為O. 5-3mol/L，攪拌，均勻混合；(2)向所得混合液中加入質(zhì)量比為8% 12%可溶性有機碳源，攪拌，均勻混合；(3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解后得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末；(4)將所得磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，以I 3kW加熱2 3h，即得結(jié)晶度好、物相均勻的球形磷酸錳鋰正極材料。步驟(I)中Mn的化合物為醋酸錳或其含水化合物，P的化合物為磷酸和磷酸鹽中的至少一種，Li的化合物為氫氧化鋰和碳酸鋰中的至少一種。步驟(2)中可溶性有機碳源為蔗糖、葡萄糖和聚乙二醇中的至少一種。步驟(3)中噴霧熱解的進口溫度為200_250°C，出口溫度為100_150°C。為了解決背景技術(shù)中存在的混料不均和燒結(jié)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的新方法。通過將原料在溶液中均勻混合分散，然后用噴霧熱解的方法進行沉降，保證原材料的均勻混合，制得粒徑均勻的一次顆粒納米級二次顆粒為微米級的球形磷酸錳鋰正極材料，能有效提高材料導電性，一方面解決了傳統(tǒng)固相法產(chǎn)品粒徑一致性差的弊端，得到結(jié)晶度均勻的磷酸錳鋰，提高了磷酸錳鋰的循環(huán)性能和穩(wěn)定性，同時，進行有機碳包覆摻雜，粒徑較小，均勻一致，進一步提高材料導電性能，避免了傳統(tǒng)方法制備磷酸錳鋰后期破碎過程中引入雜質(zhì)。另一方面通過微波燒結(jié)避免電爐燒結(jié)合成中物料受熱不均勻，同時使得燒結(jié)時間大大降低，節(jié)約大量電力資源，低碳環(huán)保，達到節(jié)能減排的目的。


圖1是實施例1中合成樣品的XRD圖，可以看出樣品的結(jié)晶度高，晶相較純；圖2是實施例1中合成樣品的SEM形貌圖，為球形顆粒，粒徑均勻。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，下述實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用于限定本發(fā)明的實施范圍。實施例1 :I)將醋酸錳、磷酸、氫氧化鋰三種原料按照Mn Li =PO4=1:1:1的摩爾比加入到去離子水，其中混合溶液中Mn的摩爾濃度為lmol/L，攪拌，使其均勻混合。2)向所得混合液中加 入質(zhì)量比為8%的蔗糖作為有機碳源，攪拌使其均勻混合。3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解，控制進口溫度為220°C，出口溫度為120°C，得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末。 4)所得磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，以IkW加熱3h，即得結(jié)晶度好、物相均勻的球形磷酸錳鋰正極材料。本發(fā)明通過上述實施例1的樣品的形貌如圖2所示，顆粒呈球形狀態(tài)。實施例2 I)將醋酸錳、磷酸、氫氧化鋰三種原料按照Mn Li =PO4=1:1:1的摩爾比加入到去離子水，其中混合溶液中Mn的摩爾濃度為lmol/L，攪拌，使其均勻混合。2)向所得混合液中加入質(zhì)量比為10%的蔗糖作為有機碳源，攪拌使其均勻混合。3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解(控制進口溫度為220°C，出口溫度為120°C )后得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末。4)所得磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，以2kW加熱2h，即得結(jié)晶度好、物相均勻的球形磷酸錳鋰正極材料。實施例3 I)將醋酸錳、磷酸、氫氧化鋰三種原料按照Mn Li =PO4=1:1:1的摩爾比加入到去離子水，其中混合溶液中Mn的摩爾濃度為lmol/L，攪拌，使其均勻混合。2)向所得混合液中加入質(zhì)量比為12%的蔗糖作為有機碳源，攪拌使其均勻混合。3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解(控制進口溫度為220°C，出口溫度為120°C )后得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末。4)所得磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，以3kW加熱lh，即得結(jié)晶度好、物相均勻的球形磷酸錳鋰正極材料。
權(quán)利要求
1.一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將Mn的化合物、P的化合物、Li的化合物三種原料按照MnLi =PO4=I 1 1的摩爾比加入到去離子水中，其中混合溶液中Mn的摩爾濃度為O. 5-3mol/L，攪拌，均勻混合；(2)向所得混合液中加入質(zhì)量比為8% 12%可溶性有機碳源，攪拌，均勻混合；(3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解后得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末；(4)將所得磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，以I 3kW加熱2 3h，即得結(jié)晶度好、物相均勻的球形磷酸錳鋰正極材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，其特征在于步驟(I) 中Mn的化合物為醋酸錳或其含水化合物，P的化合物為磷酸和磷酸鹽中的至少一種，Li的化合物為氫氧化鋰和碳酸鋰中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，其特征在于步驟(2) 中可溶性有機碳源為蔗糖、葡萄糖和聚乙二醇中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法，其特征在于步驟(3) 中噴霧熱解的進口溫度為200-250°C，出口溫度為100-150°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料制備技術(shù)，尤其是一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的方法。其特征在于，包括如下步驟(1)將Mn的化合物、P的化合物、Li的化合物三種原料加入到去離子水中；(2)加入可溶性有機碳源；(3)將所得混合液通過噴霧干燥機噴霧熱解后得到物料均勻混合的磷酸錳鋰前驅(qū)體粉末；(4)以1～3kW加熱2～3h。本發(fā)明提供了一種制備球形磷酸錳鋰正極材料的新方法。通過將原料在溶液中均勻混合分散，然后用噴霧熱解的方法進行沉降，保證原材料的均勻混合，制得粒徑均勻的一次顆粒納米級二次顆粒為微米級的球形磷酸錳鋰正極材料，能有效提高材料導電性，提高了磷酸錳鋰的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。
文檔編號C01B25/45GK103050693SQ20121056751
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王少卿, 郭彩霞 申請人:彩虹集團公司