專利名稱：高溫固相法合成金屬釔摻雜錳酸鋰正極材料的制備方法
技術領域：
本發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，屬新能源材料領域。
背景技術：
汽車工業的迅速發展，推動了全球機械、能源、交通等工業的進步和發展，但燃油汽車在造福人類的同時，尾氣排放也給人類居住環境造成了嚴重污染。據統計，目前大氣污染成分的63%來自燃油汽車，已達到了必須加以嚴格控制和治理的程度能源短缺和環保的要求推動了電動汽車及混合動力汽車的發展，它們對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足大規模應用的要求。為了進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注的研究熱點摻雜改性是改善尖晶石錳酸鋰電化學性能的有效途徑研究發現，合適的摻雜元素和摻雜量可以起到擴展鋰離子脫嵌通道和穩定晶體骨架結構的作用，進一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學循環穩定性。研究發現，釔摻雜與其它金屬離子摻雜具有不同的特點和規律，一般摻雜會使比容量有所降低。但本研究發現，摻釔后可以提高尖晶石LiMn2O4中錳的活性，表現在一方面使更多Mn3+參加電化學反應容量增加；另一方面也使更多的錳與電解液反應，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，同時循環性能也得以改善
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明所要解決的技術問題是，提供一種進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循環穩定性、使錳酸鋰的容量提高，同時循環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。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術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的化學計量比稱取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業級碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為0. 5-2% ；b)將a)項稱取的物質按照一定的比例加入到高速造粒混料機中；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點是摻釔后有效提高了尖晶石LiMn204中錳的活性，表現在一方面使更多Mn3+參加電化學反應容量增加；另一方面也使更多的錳與電解液反應，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，同時循環性能也得以改善。本發明進一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本，起到了擴展鋰離子脫嵌通道和穩定晶體骨架結構的作用，進一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學循環穩定性。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明；實施例I首先分別稱取電解二氧化錳770. 0g、氧化釔2. 45g、工業級碳酸鋰178. 0g，加入高速造粒混料機中，混合均勻后，把反應產物取出，將制得的反應產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300目篩，篩下為摻雜釔的錳酸鋰產品。經檢測，該錳酸鋰壓實密度為3. 08g/cm3，平均粒徑13 ym，比表面積
0.4822m2/g，其他雜質均小于5ppm，初始容量130mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環容量保持率92%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質均小于5ppm。實施例2首先分別稱取電解二氧化錳770. 0g、氧化釔4. 92g、工業級碳酸鋰178. 0g，加入高速造粒混料機中，混合均勻后，把反應產物取出，將制得的反應產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300目篩，篩下為摻雜釔的球形錳酸鋰產品。經檢測，該錳酸鋰壓實密度為2. 93g/cm3，平均粒徑14 y m，比表面積
0.4032m2/g，其他雜質均小于5ppm，初始容量118mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環容量保持率89%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質均小于5ppm。實施例3首先分別稱取電解二氧化錳770. 0g、工業級碳酸鋰178. 0g，加入高速造粒混料機中，混合均勻后，把反應產物取出，將制得的反應產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300目篩，篩下為摻雜釔的球形錳酸鋰產品。經檢測，該錳酸鋰壓實密度為2.80g/cm3，平均粒徑12 ym，比表面積
0.7005m2/g，其他雜質均小于5ppm，初始容量105mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循環容量保持率85%。該摻雜Y的錳酸鋰，平均粒徑D5tl在10-15 u m之間，壓實密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面積0. 4-0. 7m2/g,其他雜質均小于5ppm。
當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發明的實質范圍內，作出的變化、改型、添加或替換，都應屬于本發明 的保護范圍。
權利要求
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的化學計量比稱取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業級碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為O. 5-2% ； b)將a)項稱取的物質按照一定的比例加入到高速造粒混料機中； 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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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
本發明公開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的化學計量比稱取摻雜化合物、電解二氧化錳、工業級碳酸鋰，摻雜化合物為氧化釔，金屬離子摩爾比為0.5-2％；b)將a)項稱取的物質按照一定的比例加入到高速造粒混料機中；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。本發明進一步降低鋰離子電池正極材料的原料成本，起到了擴展鋰離子脫嵌通道和穩定晶體骨架結構的作用，進一步提高尖晶石錳酸鋰材料的電化學循環穩定性。
文檔編號H01M4/505GK102709564SQ20121016408
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者孫慧英, 孫琦, 張連君 申請人:青島乾運高科新材料股份有限公司