本发明涉及锂离子电池
正极材料领域，特别是一种掺铌的高压实高容量锰酸锂及其制备方法。
背景技术：
目前工业化生产锂离子电池压实一般为2.8-3.0g/cm3，
锂电池采用的正极材料主要是钴酸锂，而钴酸锂成本较高，且有毒性。而锰酸锂正极材料与钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂等传统正极材料相比，具有安全性能好，循环性能、倍率性能优越，高压实高容量电池配组容易等优势。
锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的
动力电池正极材料，但其较差的循环性能及
电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，fd3m空间群，理论比容量为148mah/g，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性。目前，锰酸锂在高容量下压实较低，本发明关键通过掺铌来提高压实密度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种掺铌的高压实高容量锰酸锂，以达到提高锰酸锂容量的压实密度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种掺铌的高压实高容量锰酸锂，该掺铌的高压实锰酸锂的化学式为：lixmnynbzo(x+3.5y+5z)/2，其中0.54≤x/y≤0.55，0.0045≤x/y≤0.0053且x﹥0，y﹥0，z﹥0。
优选的，掺铝的锰酸锂呈颗粒状，其粒径分布为：d50＝13～17μm，d10＝3～6μm，d90＝25～38μm。
本发明还提出了一种掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将二氧化锰、
碳酸锂、铌的化合物按一定比例混合均匀；
(2)称取一定量的二氧化锰、碳酸锂、铌的化合物混合物至于匣钵中；
(3)将装有匣钵的物料放置在窑炉里进行烧结，设置一定的烧结温度、烧结时间、通气量(空气)；
(4)烧结完后，过筛、除铁，得到掺铌的高压实锰酸锂。
优选的，上述步骤(1)中，二氧化锰、碳酸锂、铌的化合物中li：mn摩尔比为0.545±0.005，：nb：mn摩尔比为0.0049±0.0004。
优选的，上述步骤(2)中，匣钵尺寸为：330*330*100或者320*320*100，装钵重量为：8±2kg/钵。
优选的，上述步骤(3)中，烧结温度为800±20℃，烧结时间15±2h，通气量为3±2m3/h。
优选的，上述步骤(4)中，除铁器电流为28±5a,筛网采用200目，超声波
振动筛。
本发明的有益效果：
1、本发明掺铌的高压实高容量锰酸锂，其粒径分布较窄，振实密度达到1.90g/cm3，使用在锂离子电池后，体积能量密度较高，电压平台高，循环性能良好，安全性能好，倍率性能优越。
2、本发明的制备方法通过控制烧结工艺过程，得到粒径分布较窄的尖晶石颗粒，同时严格控制反应温度、通气量、反应时间，避免了粒度、比表波动大，导致产品性能变差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1是本发明掺铌高压实高容量锰酸锂电镜图；
图2为本发明的工艺流程图；
图3是本发明的高压实高容量锰酸锂粒径分布曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种本发明的掺铌的高压实锰酸锂，该掺铌的高压实锰酸锂呈尖晶石颗粒状，其化学式为：lixmnynbzo(x+3.5y+5z)/2。
如图2所示，本发明的制备方法包括：
(1)将二氧化锰进行原料除磁，电磁除铁器参数除铁器电流为28±5a，得到除磁后二氧化锰原料；
(2)将碳酸锂、二氧化锰(已除磁)、铌化合物在
混合机里进行高速混合，混合频率：40±5hz，混合时间：20±5min，得到混合均匀的碳酸锂、二氧化锰、铌化合物的混合物料(摩尔比：li/mn＝0.545,摩尔比：nb/mn＝0.0045)；
(3)将混合好的物料加入匣钵中，不要溢出即可，在780-820℃下,通气量：1-4m3/h，烧结15±2h，得到烧成后物料锰酸锂；
(4)将烧成后物料，充分混合(混合频率：30±5hz，混合时间：30±5min)，过200目超声波振动筛，过除铁器(电流28±5a)，得到成品高压实锰酸锂。
如图3所示，经检测，本方法制备得到的高压实锰酸锂，压实密度3.2g/cm3，振实密度为1.9g/cm3，比表面积为0.45m2/g，全电池容量：1c：111.3mah/g。循环：300周82％。其粒径分布为：d50＝13～17μm，d10＝3～6μm，d90＝25～38μm。
实施例2
如图1所示，一种本发明的掺铌的高压实锰酸锂，该掺铌的高压实锰酸锂呈尖晶石颗粒状，其化学式为：lixmnynbzo(x+3.5y+5z)/2。
如图2所示，本发明的制备方法包括：
(1)将二氧化锰进行原料除磁，电磁除铁器参数除铁器电流为28±5a，得到除磁后二氧化锰原料。
(2)将碳酸锂、二氧化锰(已除磁)、铌化合物在混合机里进行高速混合，混合频率：40±5hz，混合时间：20±5min，得到混合均匀的碳酸锂、二氧化锰、铌化合物的混合物料(摩尔比：li/mn＝0.545,摩尔比：nb/mn＝0.0049)；
(3)将混合好的物料加入匣钵中，不要溢出即可，在780-820℃下,通气量：1-4m3/h，烧结15±2h，得到烧成后物料锰酸锂；
(4)将烧成后物料，充分混合(混合频率：30±5hz，混合时间：30±5min)，过200目超声波振动筛，过除铁器(电流28±5a)，得到成品高压实锰酸锂。
如图3所示，经检测，本方法制备得到的高压实锰酸锂，压实密度3.2g/cm3，振实密度为1.9g/cm3，比表面积为0.45m2/g，全电池容量：1c：110.1mah/g。循环：300周82％。其粒径分布为：d50＝13～17μm，d10＝3～6μm，d90＝25～38μm。
实施例3
如图1所示，一种本发明的掺铌的高压实锰酸锂，该掺铌的高压实锰酸锂呈尖晶石颗粒状，其化学式为：lixmnynbzo(x+3.5y+5z)/2。
如图2所示，本发明的制备方法包括：
(1)将二氧化锰进行原料除磁，电磁除铁器参数除铁器电流为28±5a，得到除磁后二氧化锰原料。
(2)将碳酸锂、二氧化锰(已除磁)、铌化合物在混合机里进行高速混合，混合频率：40±5hz，混合时间：20±5min，得到混合均匀的碳酸锂、二氧化锰、铌化合物的混合物料(摩尔比：li/mn＝0.545,摩尔比：nb/mn＝0.0053)；
(3)将混合好的物料加入匣钵中，不要溢出即可，在780-820℃下,通气量：1-4m3/h，烧结15±2h，得到烧成后物料锰酸锂；
(4)将烧成后物料，充分混合(混合频率：30±5hz，混合时间：30±5min)，过200目超声波振动筛，过除铁器(电流28±5a)，得到成品高压实锰酸锂。
如图3所示，经检测，本方法制备得到的高压实锰酸锂，压实密度3.2g/cm3，振实密度为1.9g/cm3，比表面积为0.45m2/g，全电池容量：1c：110.9mah/g。循环：300周81％。其粒径分布为：d50＝13～17μm，d10＝3～6μm，d90＝25～38μm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种掺铌的高压实高容量锰酸锂，其特征在于，所述掺铌的高压实锰酸锂的化学式为：lixmnynbzo(x+3.5y+5z)/2，其中0.54≤x/y≤0.55，0.0045≤x/y≤0.0053且x﹥0，y﹥0，z﹥0。
2.根据权利要求1所述的掺铌的高压实高容量锰酸锂，其特征在于，所述掺铝的锰酸锂呈颗粒状，其粒径分布为：d50＝13～17μm，d10＝3～6μm，d90＝25～38μm。
3.一种掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将二氧化锰、碳酸锂、铌的化合物按一定比例混合均匀；
(2)称取一定量的二氧化锰、碳酸锂、铌的化合物混合物至于匣钵中；
(3)将装有匣钵的物料放置在窑炉里进行烧结，设置一定的烧结温度、烧结时间、通气量(空气)；
(4)烧结完后，过筛、除铁，得到掺铌的高压实高容量锰酸锂。
4.根据权利要求3所述的掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二氧化锰、碳酸锂、铌的化合物中li：mn摩尔比为0.545±0.005，：nb：mn摩尔比为0.0049±0.0004。
5.根据权利要求3所述的掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，匣钵尺寸为：330*330*100或者320*320*100，装钵重量为：8±2kg/钵。
6.根据权利要求3所述的掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，烧结温度为800±20℃，烧结时间15±2h，通气量为2±1m3/h。
7.根据权利要求3所述的掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，除铁器电流为28±5a,筛网采用200目，超声波振动筛。
技术总结
本发明涉及锂离子电池正极材料领域，且公开了一种掺铌的高压实高容量锰酸锂，该掺铌的高压实锰酸锂的化学式为：LixMnyNbzO(x+3.5y+5z)/2，其中0.54≤x/y≤0.55，0.0045≤x/y≤0.0053且x﹥0，y﹥0，z﹥0，本发明还公开了掺铌的高压实高容量锰酸锂的制备方法。本发明的体积能量密度较高，电压平台高，循环性能良好，安全性能好，倍率性能优越。
技术研发人员：曹学斌;李祖敏;王春飞;何莹;隆晶燕;陆雪英
受保护的技术使用者：广西富丰矿业有限公司;曹学斌
技术研发日：2020.05.25
技术公布日：2021.03.16
声明：
“掺铌的高压实高容量锰酸锂及其制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：广西富丰矿业有限公司;曹学斌
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2024年05月17日 ~ 19日 
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