专利名称：高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及共沉淀法合成金属钇掺杂球形锰酸锂正极材料的制备方法，用于锂离子电池正极材料，属新能源材料领域。
背景技术：
汽车工业的迅速发展，推动了全球机械、能源、交通等工业的进步和发展，但燃油汽车在造福人类的同时，尾气排放也给人类居住环境造成了严重污染。据统计，目前大气污染成分的63%来自燃油汽车，已达到了必须加以严格控制和治理的程度能源短缺和环保的要求推动了电动汽车及混合动力汽车的发展，它们对锂离子电池有着特殊的性能要求，但目前商品化的锂离子电池还不能满足大规模应用的要求。为了进一步降低锂离子电池正极材料的原料成本，尖晶石锰酸锂的改性成为被广泛关注的研究热点掺杂改性是改善尖晶石锰酸锂电化学性能的有效途径研究发现，合适的掺杂元素和掺杂量可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定晶体骨架结构的作用，进一步提高尖晶石锰酸锂材料的电化学循环稳定性。研究发现，钇掺杂与其它金属离子掺杂具有不同的特点和规律，一般掺杂会使比容量有所降低。但本研究发现，掺钇后可以提高尖晶石LiMn2O4中锰的活性，表现在一方面使更多Mn3+参加电化学反应容量增加；另一方面也使更多的锰与电解液反应，造成锰的溶解，容量损失。掺钇量越多，锰的溶解量越大。因此，只有合适的掺杂量才可以使锰酸锂的容量提高，同时循环性能也得以改善
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种进一步降低锂离子电池正极材料的原料成本、提高尖晶石锰酸锂材料的电化学循环稳定性、使锰酸锂的容量提高，同时循环性能也得以改善的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤a)首先按Li (YxMrvx) O4的化学计量比称取掺杂化合物、电解二氧化锰、工业级碳酸锂，掺杂化合物为氧化钇，金属离子摩尔比为0. 5-2% ；b)将a)项称取的物质按照一定的比例加入到高速造粒混料机中；c)混合均匀后，再将b)制得的样品放入真空干燥箱中100°C 110°C干燥2h ；d)将c)干燥后样品在空气气氛中300°C 400°C下预烧4h，然后升温到900°C 1000°C下焙烧8h，再降温到600°C 700°C保温12h，得到所需样品。上述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，所掺杂的金属离子为Y。上述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，将混合均匀后制得的样品放入真空干燥箱中105°C干燥2h。
上述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，将c)干燥后样品在空气气氛中350°C下预烧4h，然后升温到950°C下焙烧8h，再降温到650°C保温12h，得到所需样品。本发明高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法的优点是掺钇后有效提高了尖晶石LiMn204中锰的活性，表现在一方面使更多Mn3+参加电化学反应容量增加；另一方面也使更多的锰与电解液反应，造成锰的溶解，容量损失。掺钇量越多，锰的溶解量越大。使得锰酸锂的容量提高，同时循环性能也得以改善。本发明进一步降低锂离子电池正极材料的原料成本，起到了扩展锂离子脱嵌通道和稳定晶体骨架结构的作用，进一步提高尖晶石锰酸锂材料的电化学循环稳定性。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明；实施例I首先分别称取电解二氧化锰770. 0g、氧化钇2. 45g、工业级碳酸锂178. 0g，加入高速造粒混料机中，混合均匀后，把反应产物取出，将制得的反应产物样品放入真空干燥箱中100°C干燥2h ;然后放入马弗炉中煅烧，在空气气氛中300°C下预烧4h，然后升温到900°C下焙烧8h，再降温到600°C保温12h，得到所需样品。冷却后破碎筛分过300目筛，筛下为掺杂钇的锰酸锂产品。经检测，该锰酸锂压实密度为3. 08g/cm3，平均粒径13 ym，比表面积
0.4822m2/g，其他杂质均小于5ppm，初始容量130mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循环容量保持率92%。该掺杂Y的锰酸锂，平均粒径D5tl在10-15 u m之间，压实密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面积0. 4-0. 7m2/g,其他杂质均小于5ppm。实施例2首先分别称取电解二氧化锰770. 0g、氧化钇4. 92g、工业级碳酸锂178. 0g，加入高速造粒混料机中，混合均匀后，把反应产物取出，将制得的反应产物样品放入真空干燥箱中105°C干燥2h ;然后放入马弗炉中煅烧，在空气气氛中350°C下预烧4h，然后升温到950°C下焙烧8h，再降温到650°C保温12h，得到所需样品。冷却后破碎筛分过300目筛，筛下为掺杂钇的球形锰酸锂产品。经检测，该锰酸锂压实密度为2. 93g/cm3，平均粒径14 y m，比表面积
0.4032m2/g，其他杂质均小于5ppm，初始容量118mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循环容量保持率89%。该掺杂Y的锰酸锂，平均粒径D5tl在10-15 u m之间，压实密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面积0. 4-0. 7m2/g,其他杂质均小于5ppm。实施例3首先分别称取电解二氧化锰770. 0g、工业级碳酸锂178. 0g，加入高速造粒混料机中，混合均匀后，把反应产物取出，将制得的反应产物样品放入真空干燥箱中110°C干燥2h ;然后放入马弗炉中煅烧，在空气气氛中400°C下预烧4h，然后升温到1000°C下焙烧8h，再降温到700°C保温12h，得到所需样品。冷却后破碎筛分过300目筛，筛下为掺杂钇的球形锰酸锂产品。经检测，该锰酸锂压实密度为2.80g/cm3，平均粒径12 ym，比表面积
0.7005m2/g，其他杂质均小于5ppm，初始容量105mAh/g(2. 5-4. 3V)，500次循环容量保持率85%。该掺杂Y的锰酸锂，平均粒径D5tl在10-15 u m之间，压实密度2. 95-3. 10g/cm3,比表面积0. 4-0. 7m2/g,其他杂质均小于5ppm。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明 的保护范围。
权利要求
1.一种高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 a)首先按Li(YxMrvx) O4的化学计量比称取掺杂化合物、电解二氧化锰、工业级碳酸锂，掺杂化合物为氧化钇，金属离子摩尔比为O. 5-2% ； b)将a)项称取的物质按照一定的比例加入到高速造粒混料机中； c)混合均匀后，再将b)制得的样品放入真空干燥箱中100°C 110°C干燥2h; d)将c)干燥后样品在空气气氛中300°C 400°C下预烧4h，然后升温到900°C 1000°C下焙烧8h，再降温到600°C 700°C保温12h，得到所需样品。
2.根据权利要求I所述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，其特征是所掺杂的金属尚子为Y。
3.根据权利要求2所述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，其特征是将混合均匀后制得的样品放入真空干燥箱中105°C干燥2h。
4.根据权利要求3所述的高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料，其特征是将c)干燥后样品在空气气氛中350°C下预烧4h，然后升温到950°C下焙烧8h，再降温到650°C保温12h，得到所需样品。
全文摘要
本发明公开了一种高温固相法合成金属钇掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤a)首先按Li(YXMn1-X)O4的化学计量比称取掺杂化合物、电解二氧化锰、工业级碳酸锂，掺杂化合物为氧化钇，金属离子摩尔比为0.5-2％；b)将a)项称取的物质按照一定的比例加入到高速造粒混料机中；c)混合均匀后，再将b)制得的样品放入真空干燥箱中100℃～110℃干燥2h；d)将c)干燥后样品在空气气氛中300℃～400℃下预烧4h，然后升温到900℃～1000℃下焙烧8h，再降温到600℃～700℃保温12h，得到所需样品。本发明进一步降低锂离子电池正极材料的原料成本，起到了扩展锂离子脱嵌通道和稳定晶体骨架结构的作用，进一步提高尖晶石锰酸锂材料的电化学循环稳定性。
文档编号H01M4/505GK102709564SQ20121016408
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者孙慧英, 孙琦, 张连君 申请人:青岛乾运高科新材料股份有限公司