一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法技术

本发明专利技术提供了一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法，包括以下步骤：(1)按照设计摩尔比Li

【技术实现步骤摘要】
一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法


[0001]本专利技术属于锂锰氧化物制备
，尤其涉及一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法。

技术介绍

[0002]锰系正极材料作为锂离子正极材料之一，其具备无毒，成本低等优点，在3C和两轮车市场具备广阔的应用空间。目前市场上的应用产品为尖晶石型LiMn2O4，该材料为缺锂结构，理论容量148mAh/g，通常掺杂改性后实际发挥容量难以发挥130mAh/g以上。层状LiMnO2作为另一款锰系材料，相比尖晶石型LiMn2O4具备能量密度和理论容量高的特点，被认为是最具有发展潜力的正极材料之一。层状LiMnO2是一款同质多晶化合物，具有正交和单斜两种结构。正交相热力学更加稳定，而单斜相具有更好的电化学活性，但其合成条件苛刻。
[0003]目前，文献报道了单斜相层状锰酸锂LiMnO2的制备方法，其中铝掺杂是稳定单斜相的重要原因，但是掺杂量通常较高，最高达到5
‑
7％，过高的掺杂量会损害材料的有效容量。而且在制备单斜相层状锰酸锂时，高温固相烧结工序中一般需要将其氧含量控制在0.1wt％以下。由于氧含量需要控制在较低的范围内，因此对设备的要求较高，会导致生产成本增加，不易实现产业化。因此若开发一种制备单斜相层状锰酸锂的新工艺，可以在高温固相烧结制备单斜相层状锰酸锂时，若能使用相对较高的氧含量条件，对于单斜相层状锰酸锂的生产具有重大的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法，包括以下步骤：
[0007](1)按照设计摩尔比Li
a
Mn1‑
b
Al
b
O2，0.90≤a≤1.1，0.01≤b≤0.05，分别称取锂源、锰源、铝源，与去离子水混合，经湿磨得到浆料；
[0008](2)将经步骤(1)得到的浆料进行喷雾干燥，收集粉料；所述喷雾干燥的温度为200℃
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300℃，控制离心喷雾盘转速在15000r/min
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30000r/min条件下干燥造粒，所述粉料的D50粒度为3μm
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30μm，比表面积为5m2/g
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30m2/g；
[0009](3)通入保护气体，控制氧含量为0.15wt％
‑
2.0wt％，800℃
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1100℃温度下烧结8h
‑
30h。
[0010]优选的，步骤(1)中，所述锂源为氢氧化锂。
[0011]优选的，步骤(1)中，所述锰源为三氧化二锰。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述铝源为氢氧化铝或三氧化二铝中的一种或两种。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述浆料的固含量为15
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40％。
[0014]优选的，步骤(1)中，所述湿磨的转速为1500Hz
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2500Hz，时间为2h
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4h。
[0015]优选的，步骤(2)中，所述粉料的D50粒度为5μm
‑
20μm，比表面积为10m2/g
‑
20m2/g。
[0016]优选的，步骤(3)中，氧含量为1.2wt％
‑
1.5wt％。
[0017]优选的，步骤(3)中，烧结温度为900℃
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1000℃，烧结时间为15
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25h。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019](1)本专利技术在制备单斜相层状锰酸锂时，在喷雾干燥制粒时，将喷雾干燥的温度限定为200℃
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300℃，并控制离心喷雾盘转速在15000r/min
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30000r/min条件下干燥造粒，且粉料的D50粒度为3μm
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30μm，比表面积为5m2/g
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30m2/g。经过本专利技术上述喷雾干燥造粒，一次颗粒形貌均匀，内部呈现“中空”结构，极大提高了材料的反应活性。之后在进行固相烧结时，结合低铝掺杂稳定单斜层状LiMnO2结构，同时可将氧含量控制在较高的范围下进行烧结，可制备得到性能优异的单斜相层状锰酸锂，并实现了高氧含量条件下的单斜相层状LiMnO2的合成，从而可实现一般窑炉的稳定批量合成，为产业化提供可能。
[0020](2)本专利技术在制备单斜相层状锰酸锂时，通过对前体原料进行湿法研磨，使物料达到均匀混合，后续喷雾干燥造粒后使得元素均匀分布在颗粒中，结合控制造粒粒度，使各物料间达到纳米级的均匀混合，大大提高了材料的反应活性，实现了即使在低掺铝量下，也能形成稳定的单斜层状结构，此外元素均匀分布的特性在成品单斜层状LiMnO2材料中得到很好的保持，提高了材料的有序性，晶体结晶度高，进而提高了材料的电化学活性。
[0021](3)本专利技术制备单斜相层状锰酸锂的方法中，研磨和喷雾干燥设备成熟，易于实现产业化。
[0022](4)本专利技术制备得到的单斜层状LiMnO2的形貌呈圆滑小块状，比表面积小，减少了与电解液的副反应，攻克了常规固相烧结法制备单斜层状LiMnO2要求氧含量较低的难题，且该单斜层状LiMnO2为单斜主晶相，充电容量跟离子交换合成的单斜层状LiMnO2相当，明显优于常规固相法烧结的正交相层状LiMnO2材料。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是实施例1制备所得单斜相层状LiMnO2材料的扫描电镜图。
[0025]图2是对比例1制备所得单斜相层状LiMnO2材料的扫描电镜图。
[0026]图3实施例1和对比例1制备所得单斜相层状LiMnO2材料的XRD图。
[0027]图4实施例1制备所得单斜相层状LiMnO2材料的EPMA图。
[0028]图5是实施例1、实施例2和实施例3制备所得层状LiMnO2材料的常温首充容量曲线图。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0030]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相
同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0031]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照设计摩尔比Li
a
Mn1‑
b
Al
b
O2，0.90≤a≤1.1，0.01≤b≤0.05，分别称取锂源、锰源、铝源，与去离子水混合，经湿磨得到浆料；(2)将经步骤(1)得到的浆料进行喷雾干燥，收集粉料；所述喷雾干燥的温度为200℃
‑
300℃，控制离心喷雾盘转速在15000r/min
‑
30000r/min条件下干燥造粒，所述粉料的D50粒度为3μm
‑
30μm，比表面积为5m2/g
‑
30m2/g；(3)通入保护气体，控制氧含量为0.15wt％
‑
2.0wt％，800℃
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1100℃温度下烧结8h
‑
30h。2.根据权利要求1所述的高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锂源为氢氧化锂。3.根据权利要求1所述的高氧含量下制备单斜相层状锰酸锂的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锰源为三氧化二锰。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏安，李旭，龙博，李娟，杨鹏，胡进，
申请(专利权)人：巴斯夫杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：