一种低硫高纯四氧化三锰及其制备方法和应用与流程

本发明涉及正极材料，具体而言，涉及一种低硫高纯四氧化三锰及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在材料加工领域，四氧化三锰是一种重要的材料，特别是在锂电池正极材料中有着广泛的应用。四氧化三锰的制备方法有很多种，其中金属锰氧化法和硫酸锰加碱性物质共沉淀最为常见。然而，在这个过程中，常常会产生大量的硫残留物，硫残留物多是催化剂硫酸铵和原材料中自带的硫杂质，这些硫残留物如果不及时处理，会对四氧化三锰的性能和材料加工设备产生影响。

2、目前的解决方案：现有的技术主要采用水洗和高温分解的方法来去除金属锰水解或者硫酸盐共沉淀合成四氧化三锰过程中的硫残留物。具体来说，首先将得到的含硫高的四氧化三锰通过水洗的方式去除大部分的水分和硫残留物，或者将物质在高温大于850℃下进行分解，以去除剩余的硫残留物。

3、然而，现有的技术在去除硫残留物方面存在一些问题。首先，水洗会浪费大量的水，并对环境造成污染。其次，高温分解虽然可以有效去除硫残留物，但高温会破坏四氧化三锰的晶型，会使四锰的晶型由四方相转化为立方相，影响其活性。此外，现有的技术在去除硫残留物方面的效率较低，需要较长的时间和高温条件，这不仅增加了生产成本，也限制了四氧化三锰的生产效率。因此，现有的技术在该领域中存在的问题或缺点限制了其应用范围和效果。

4、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低硫高纯四氧化三锰及其制备方法和应用。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其包括：

4、将硫含量≥100ppm的高硫四氧化三锰原料与强氧化剂混合，得到混合物；

5、将所述混合物于350-600℃空气气氛下氧化保温3-8h，得到低硫锰氧化物；

6、将所述低硫锰氧化物在还原性气体条件下，250-550℃下处理2-4h，得到掺杂的低硫高纯四氧化三锰，所述低硫高纯四氧化三锰中四氧化三锰物相纯度为100%，硫含量≤50ppm。

7、在可选的实施方式中，所述强氧化剂包括二氧化钛、五氧化二铌、五氧化二钒、三氧化铬、七氧化二锰、三氧化二铁和双氧水中的至少一种。

8、在可选的实施方式中，所述强氧化剂为五氧化二铌。

9、在可选的实施方式中，所述强氧化剂的加入量为1000-8000ppm。

10、在可选的实施方式中，所述还原性气体包括甲烷、氢气和一氧化碳中的至少一种。第二方面，本发明提供一种低硫高纯四氧化三锰，其采用如前述实施方式任一项所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法制备获得。

11、第三方面，本发明提供前述实施方式所述的低硫高纯四氧化三锰在制备锂电材料、钠电材料或磁性材料中的应用。

12、第四方面，本发明提供一种正极材料，其包括如前述实施方式所述的低硫高纯四氧化三锰材料。

13、第五方面，本发明提供一种锂电池，其包括如前述实施方式所述的正极材料。

14、本发明具有以下有益效果：

15、本发明提供的低硫高纯四氧化三锰的制备方法通过在高硫四氧化三锰原料中加入强氧化剂，强氧化剂对高硫四氧化三锰原料中的低价硫在350-600℃下进行氧化成so2气体或者so3气体，并且在此温度期间硫酸铵可以完全分解，可以实现硫残留物的完全分解，从而提高了硫残留物的处理效率，但同时四氧化三锰也会部分氧化成锰的其他氧化物。因此，本发明继续对低硫锰氧化物在250-550℃下进行还原，此时，锰的氧化物可以转变为mn3o4，并且有利于阻止生成的mn3o4发生进一步反应，而且保持晶型不变。因而所得产品纯度较高，振实密度高，活性好。低的反应温度可减少烧结过程的晶型转变，该方法得到的四氧化三锰物相纯度为100%，硫含量≤50ppm。

技术特征：

1.一种低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述强氧化剂包括二氧化钛、五氧化二铌、五氧化二钒、三氧化铬、七氧化二锰、三氧化二铁和双氧水中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述强氧化剂为五氧化二铌。

4.根据权利要求1所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述强氧化剂的加入量为1000-8000ppm。

5.根据权利要求1所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述还原性气体包括甲烷、氢气和一氧化碳中的至少一种。

6.一种低硫高纯四氧化三锰，其特征在于，其采用如权利要求1-5任一项所述的低硫高纯四氧化三锰的制备方法制备获得。

7.如权利要求6所述的低硫高纯四氧化三锰在制备锂电材料、钠电材料或磁性材料中的应用。

8.一种正极材料，其特征在于，其包括如权利要求6所述的低硫高纯四氧化三锰材料。

9.一种锂电池，其特征在于，其包括如权利要求8所述的正极材料。

技术总结本发明公开了一种低硫高纯四氧化三锰及其制备方法和应用，涉及正极材料技术领域。该方法包括：将硫含量≥100ppm的高硫四氧化三锰原料与强氧化剂混合；将混合物于350‑600℃空气气氛下氧化保温3‑8h，得到低硫锰氧化物；在还原性气体条件下，250‑550℃下处理2‑4h，得到掺杂的相纯度为100%且硫含量≤50ppm的低硫高纯四氧化三锰。本发明通过对高硫四氧化三锰原料进行氧化后还原，可以在氧化过程中实现硫残留物的完全分解，从而提高硫残留物的处理效率，在还原过程中，将锰的其他氧化物转变为Mn<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;，有利于阻止生成的Mn<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;发生进一步反应，而且保持晶型不变，所得产品纯度高，振实密度高，活性好。技术研发人员：李娜,王正伟,高佳峰,黄国庆,王建,吴凯峰,杨哲,陈梦婷受保护的技术使用者：星恒电源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/13