锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备方法 技术领域：
本发明属于二次电池材料制备领域，涉及一种锂离子电池正极材料用的尖晶石锰酸锂的制备方法。
背景技术：
具有尖晶石结构的锂锰氧(LiMn2O4)由于具有电压高、循环寿命长、成本低、资源丰富以及无毒性，因而成为新一代锂离子电池最有前途的电极材料之一。但是比容量低、循环性能差、高温性能不稳定一直是长期困扰尖晶石锂锰氧材料商品化应用的主要障碍。
尽管许多研究工作者做了大量工作，积极研究开发采用了溶胶—凝胶法、共沉淀法、Pechini法等其它方法来制备锰的嵌锂尖晶石氧化物正极材料，并使材料的电化学性能有了一定程度的提高，但由于这些方法或是工艺复杂，或是成本太高，不适应于工业大规模化生产，仍然不能很好满足二次锂离子电池对锂锰氧正极材料的要求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种制备锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的方法，该方法不但工艺简单、方便、易于实行工业规模化生产，生产成本低，而且又能保证电池的充放电容量和充放电循环性能优良，使用寿命长。
本发明制备锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的方法如下：
①将电池级的碳酸锂、电解二氧化锰、四氧化三钴及稀土氧化物或盐按LixMn2-yCoyMezO4，0.95≤x≤1.2，0＜y≤0.3，0＜z≤0.3摩尔计量配料，其中Me为La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Th，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y中选择的一种。
②将原料通过锥形双螺旋混料机机械混合得先驱物或通过高能球磨机或搅拌球磨机以有机溶剂如乙醇或丙酮作介质，经混合球磨均匀，再经真空干燥得先驱物。
③将先驱物经过焙烧，在连续推进地遂道推板窑中，控制不同的恒温区域长度及控制不同的推进速率，使先驱物以100℃/小时升温至350℃-450℃，保温3-8小时；接着以100℃/小时升温至550℃-650℃，保温5-10小时；再以100℃/小时升温至750℃-850℃，保温12-24小时；随后以100℃/小时降到室温。
或将先驱物直接在间隙式窑炉中控制温度，以100℃/小时升温至350℃-450℃保温3-8小时；接着以100℃/小时升温至550℃-550℃，保温5-10小时；再以100℃/小时升温至750℃-750℃，保温12-24小时；随后以100℃/小时降到室温。
④利用气流分级机对产品进行分级筛选，得到不同平均粒径的产品。
本发明所用的电池级碳酸锂纯度为99.5％或99.9％，平均粒径为3-10μm；四氧化三钴纯度大于99.0％，平均粒径为3-10μm；稀土氧化物或盐纯度大于99.5％，平均粒径为3-10μm；电解二氧化锰纯度大于92％，粒度分布在1-45μm之间，平均粒径为10-25μm。
本发明用于锂离子电池正极材料的尖晶石锰酸锂的制备方法所制备的产品粒度均匀，平均粒径为10-20μm，并且能够根据不同用户的要求进行调整；产品振实密度大，大于2.0g/cm3；而且本发明制备的锰酸锂产品的物理性能和电化学性能稳定，产品一致性好，充放电容量和充放电循环性能优良。
下面结合实施例作进一步说明：
具体实施方式：
实施例1
称取平均粒径为3-5μm，纯度为99.5％的电池级碳酸锂18.66Kg；纯度为99.0％，平均粒径为3-5μm的四氧化三钴2.5Kg，纯度为99.9％，平均粒径为3-5μm的氧化钐582.5g；纯度为95.2％，粒度分布在1-45μm之间，平均粒径为22.5μm的电解二氧化锰80Kg。以有机溶剂乙醇作介质通过搅拌球磨机，经60min混合球磨均匀，再经真空干燥得先驱物。在连续推进的遂道推板窑中，控制不同的恒温区域长度及控制不同的推进速率，使先驱物以100℃/小时升温至450℃保温4小时，后以100℃/小时升温至600℃保温6小时，再以100℃/小时升温至750℃保温24小时，最后以100℃/小时降到室温。将冷却后的粉末经气流分级机分级得到产品。产品平均粒径为13.5μm，振实密度2.05g/cm3，以碳作负极，首次放电容量为108mAh/g，200次循环后，容量衰减小于12％。
实施例2
称取平均粒径为3-5μm，纯度为99.5％的电池级碳酸锂16.46Kg；纯度为99.0％，平均粒径为3-5μm的四氧化三钴2.0Kg，纯度为99.9％，平均粒径为3-5μm的氧化铕350.5g，；纯度为96.2％，粒度分布在1-35μm之间，平均粒径为14.5μm的电解二氧化锰84Kg。通过双螺旋混料机机械混合30min，过200目筛后再经双螺旋混料机机械混合30min得先驱物。在间隙式的马弗炉中，使先驱物以100℃/小时升温至400℃保温5小时，后以100℃/小时升温至550℃保温6小时，再以100℃/小时升温至750℃保温20小时，最后以100℃/小时降到室温。将冷却后的粉末经气流分级机分级得到产品。产品平均粒径为14.2μm，振实密度2.1g/cm3，以碳作负极，首次放电容量为105mAh/g，200次循环后，容量衰减小于15％。
实施例3
称取平均粒径为3-5μm，纯度为99.9％的电池级碳酸锂18.56Kg；纯度为99.0％，平均粒径为3-5μm的四氧化三钴1.55Kg，纯度为99.9％，平均粒径为3-5μm的氧化钐545.5g；纯度为97.5％，粒度分布在1-45μm之间，平均粒径为23.5μm的电解二氧化锰82.5Kg。以有机溶剂乙醇作介质，通过搅拌球磨机，经45min混合球磨均匀，再经真空干燥得先驱物。在连续推进的遂道推板窑中，控制不同的恒温区域长度及控制不同的推进速率，使先驱物以100℃/小时升温至480℃保温4小时，后以100℃/小时升温至650℃保温6小时，再以100℃/小时升温至800℃保温18小时，最后以100℃/小时降到室温。将冷却后的粉末经气流分级机分级得到产品。产品平均粒径为15.5μm，振实密度2.25g/cm3，以碳作负极，首次放电容量为110mAh/g，200次循环后，容量衰减小于10％。