一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用技术

本发明专利技术提供一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用。其中，制备方法包括以下步骤：步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后得到反应产物；步骤二，对步骤一所得的反应产物进行洗涤、干燥、焙烧和过筛，得到锰酸锂用复合锰源。本发明专利技术的制备方法制备得到锰酸锂用复合锰源应用于高温固相法合成锰酸锂时，可有效地减少锰酸锂晶格氧缺陷的程度，提高产品性能和一致性；同时还可减少锰酸锂用复合锰源高温固相法合成锰酸锂时往窑炉中鼓入的空气量，提高单钵的装钵量。装钵量。装钵量。

【技术实现步骤摘要】
一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用


[0001]本专利技术属于锂电池正极材料
，具体涉及一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用。

技术介绍

[0002]锰酸锂(LiMn2O4)以廉价的工艺、简单的锰源、良好的使用性价比、良好的环保性和安全性能，在锂电池正极材料中已经逐渐占据低成本通用电池的使用情景。
[0003]虽然目前国内工业生产锰酸锂(LiMn2O4)还是以电解二氧化锰(EMD)为主，但是，已有研究表明用四氧化三锰(Mn3O4)代替EMD制备锰酸锂相比以EMD作为锰源来合成锰酸锂具有明显的优势。采用四氧化三锰作为锰源合成的锰酸锂电性能较EMD作为锰源合成的锰酸锂在容量、倍率、循环寿命等电性能方面都有明显提高。
[0004]然而，以四氧化三锰作为锰源合成锰酸锂是需氧反应，反应方程如下：8Mn3O4+5O2+6Li2CO3＝12LiMn2O4+6CO2，四氧化三锰烧结成锰酸锂必须是富氧气氛，如果仍然参照二氧化锰烧结锰酸锂(放氧反应)将给后续筛分造成极大困难，且氧缺陷严重。所以目前工业四氧化三锰合成锰酸锂过程中都需要在烧结时中鼓入大量空气，单匣钵装料量也较二氧化锰合成锰酸锂少很多，这不仅降低单位时间内烧结工段烧结总量，增加烧结时窑炉的热量耗散，而且即使在通入大量空气的情况氧气无法顺利地渗透到底物料参与反应，这样就导致底层物料氧化不完全，从微观上表现为锰酸锂晶格氧缺陷，从宏观上表现为产品烧结后硬度极大，需增加强力破碎工序才能进行筛分，单钵上层和下层差异明显一致性差，电性能也受到影响。
[0005]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种锰酸锂用复合锰源及其制备方法、锰酸锂和应用，以解决目前工业四氧化三锰合成锰酸锂过程中出现的氧化不完全的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种锰酸锂用复合锰源的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009]步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后得到反应产物；
[0010]步骤二，对步骤一所得的反应产物进行洗涤、干燥、焙烧和过筛，得到所述锰酸锂用复合锰源。
[0011]可选地，步骤一中，所述二氧化锰的加入量为所述金属锰粉质量的5
‑
30％。
[0012]可选地，步骤一中，所述二氧化锰为电解二氧化锰、锰酸锂生产过程未烧结粉尘收集料、锰酸锂废料提取锂后所得二氧化锰、电解二氧化锰气流分级细粉中的一种或多种混合；
[0013]所述二氧化锰的体积中位粒径D50为3
‑
15μm。
[0014]可选地，步骤一中，金属锰粉中锰含量大于99.5％，金属锰粉破碎和分级筛选后的粒径范围为5
‑
200μm。
[0015]可选地，步骤一中，所述铵盐溶液的浓度为4
‑
20g/L；
[0016]所述铵盐溶液中的铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或多种。
[0017]可选地，步骤一中，所述空气的通入速率为40
‑
120m3/h；
[0018]步骤一中，搅拌速度为100
‑
500r/min，反应温度为室温，反应时间为16
‑
30h。
[0019]可选地，步骤二中，所述焙烧具体为：将反应产物在500
‑
580℃的空气气氛中焙烧2
‑
5h。
[0020]本专利技术还提出了一种由上述锰酸锂用复合锰源的制备方法制备得到的锰酸锂用复合锰源，所述锰酸锂用复合锰源为二氧化锰
‑
四氧化锰复合颗粒，表层为四氧化三锰，内层为二氧化锰；
[0021]所述锰酸锂用复合锰源的粒径范围为1.5
‑
40μm，体积中位粒径D50为5
‑
15μm。
[0022]本专利技术还提出了一种锰酸锂，所述锰酸锂由通过如上所述的锰酸锂用复合锰源和锂化合物合成得到。
[0023]本专利技术还提出了一种如上所述的锰酸锂的应用，所述锰酸锂应用于制备锂离子电池正极材料。
[0024]有益效果：
[0025]本专利技术的锰酸锂用复合锰源的制备方法，以金属锰粉为原料合成四氧化锰作为主反应，金属锰粉在铵盐的水溶液中并在铵盐的催化作用下生成新的物质氢氧化锰，大量的氢氧化锰可包裹在二氧化锰的表面，并和空气中的氧气发生反应生成四氧化三锰，得到表层为四氧化三锰、内层为二氧化锰的复合颗粒，即为锰酸锂用复合锰源，之后再经过焙烧工艺对锰酸锂用复合锰源进行预烧以改善二氧化锰和四氧化三锰的氧缺陷，缩短合成锰酸锂保温烧结时间。
[0026]本专利技术制备得到的锰酸锂用复合锰源，内层为二氧化锰，由于二氧化锰与锂化合物(比如碳酸锂)高温烧结反应生成锰酸锂的过程中放出氧气，则可使得复合锰源在烧结过程中能够有颗粒内向颗粒外放出一部分氧气，因此，本专利技术的制备方法制备得到锰酸锂用复合锰源应用于高温固相法合成锰酸锂时，可有效地减少锰酸锂晶格氧缺陷的程度，提高产品性能和一致性。同时还可减少锰酸锂用复合锰源高温固相法合成锰酸锂时往窑炉中鼓入的空气量，提高单钵的装钵量。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0028]图1为本专利技术实施例1
‑
6和对比例1
‑
3所得复合锰源产品应用于制作扣式电池的扣电1C充放电曲线示意图。
具体实施方式
[0029]下面将对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普
通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]下面将结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]针对目前工业四氧化三锰合成锰酸锂过程中出现的氧化不完全问题，本专利技术提供了一种锰酸锂用复合锰源的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0032]步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后，得到反应产物。
[0033]本专利技术具体实施例中，采用干法破碎设备对金属锰粉进行破碎，干法破碎设备为对辊机、球磨机、机械粉碎机、气流粉碎机中的一种或多种。
[0034]本专利技术具体实施例中，采用分级设备对破碎后的金属锰粉颗粒进行分级筛分，将金属锰粉颗粒直径＞200um金属锰粉分选出来，其中，分级设备为振动筛、摇摆筛、气流分级机中的一种或多种。
[0035]本专利技术具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰酸锂用复合锰源的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤一，将金属锰粉进行破碎和分级，分级后加入至铵盐溶液中，同时加入二氧化锰，并通入空气，搅拌，反应一段时间，过滤后得到反应产物；步骤二，对步骤一所得的反应产物进行洗涤、干燥、焙烧和过筛，得到所述锰酸锂用复合锰源。2.如权利要求1所述的锰酸锂用复合锰源的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述二氧化锰的加入量为所述金属锰粉质量的5
‑
30％。3.如权利要求1所述的锰酸锂用复合锰源的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述二氧化锰为电解二氧化锰、锰酸锂生产过程未烧结粉尘收集料、锰酸锂废料提取锂后所得二氧化锰、电解二氧化锰气流分级细粉中的一种或多种混合；所述二氧化锰的体积中位粒径D50为3
‑
15μm。4.如权利要求1所述的锰酸锂用复合锰源的制备方法，其特征在于，步骤一中，金属锰粉中锰含量大于99.5％，金属锰粉破碎和分级筛选后的粒径范围为5
‑
200μm。5.如权利要求1所述的锰酸锂用复合锰源的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述铵盐溶液的浓度为4
‑
20g/L；所述铵盐溶液中的铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或多种。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永锋，肖俊，朱林剑，王正科，刘泽萍，商慧慧，冯艳艳，苏保亮，侯冬轩，
申请(专利权)人：焦作伴侣纳米材料工程有限公司，
类型：发明
国别省市：