[發明專利]一種鋰離子電池正極復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110242674.9
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102544483A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 關翔鋒;李廣社;李莉萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域中的一種鋰離子電池正極復合材料及其制備方法。

背景技術

日益嚴重的能源危機和全球環境問題加快了人類社會開發新的清潔儲能裝置的步伐。其中，鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環壽命長、安全性能好等優點，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術等領域有廣闊的應用前景，是目前各國致力開發的儲能裝置。橄欖石型含鋰過渡金屬磷酸鹽LiMPO₄(M＝Mn，Fe，Co，Ni)具有結構穩定、熱穩定性好、安全性高等優點，而且理論容量高達170mAh?g^-1，是目前最理想的鋰離子電池正極材料。雖然近年來LiFePO₄得到了迅猛的發展并已經有一定的實際應用，但是它相對于鋰的充放電電壓平臺只有3.4V，低于目前很多電子設備的工作電壓，從而大大限制了它的應用范圍，其主要應用于動力電池。而LiMnPO₄可以克服這一缺點，它相對于鋰的充放電電壓平臺為4.1V，正好與目前的鋰離子電池系統匹配，因此有望成為新一代的鋰離子電池正極材料，具有非常好的應用前景。然而，相對于LiFePO₄，制備電化學活性的LiMnPO₄仍舊比較困難，其原因是在LiMnPO₄的電子導電率低和鋰離子在LiMnPO₄/MnPO₄相界面擴散較慢。研究表明，提高電化學活性的方法主要有：(1)減小LiMnPO₄的顆粒尺寸可以縮短電子和鋰離子的傳輸距離從而提高其電化學活性；(2)在LiMnPO₄表面包覆碳以提高其電子電導率高。但目前的合成方法多為高溫固相法，其采用鋰鹽、錳鹽、磷酸鹽和碳材料為原料，通過在還原氣氛下煅燒，產物顆粒尺寸大，造成電化學性能差；而且還存在操作繁瑣，產品純度低、以及生產成本高的問題。因此開發新的合成方法制備高性能的LiMnPO₄/C復合正極材料具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池正極復合材料及其制備方法。

本發明所提供的鋰離子電池正極復合材料，由LMMP及碳材料組成；所述LMMP是復合LiMn_1-xMg_xPO₄化學計量比的橄欖石型結構的磷酸鹽，其中0≤x≤0.1；具有片狀結構，片厚度10～30nm，大小200～300nm，粉體振實密度1.2～1.6g/cm³。

所述LMMP可按照包括以下步驟的方法制備：

(1)將錳鹽和鎂鹽按照1-x∶x的摩爾比溶解在有機溶劑中，配制成金屬離子濃度為0.01～1M的溶液，其中0≤x≤0.1；

(2)將磷酸二氫鋰溶解在與步驟(1)相同的有機溶劑中，配制成磷酸鹽濃度為0.01～1M的溶液；

(3)將步驟(2)得到的溶液緩慢滴加到步驟(1)得到的溶液中，攪拌一段時間，得到懸浮液；

(4)將步驟(3)得到的懸浮液裝入水熱釜，在120℃～220℃溫度下進行熱處理，得到沉淀物；

(5)將步驟(4)得到的沉淀物，分別用去離子水和無水乙醇洗滌數次，在60～100℃干燥10～24小時后，得到LiMn_1-xMg_xPO₄納米粉末。

上述LMMP制備方法中，所述步驟(1)中的錳鹽為乙酸錳、氯化錳、硝酸錳、硫酸錳中的一種或幾種；鎂鹽為乙酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或其任意組合；有機溶劑為二甘醇、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、異丙醇中的一種或其任意組合。所述步驟(3)中的攪拌時間為可3～12小時。所述步驟(4)中的熱處理時間可為6～24小時。

所述鋰離子電池正極復合材料可按照包括下述步驟的方法制備：

(1)將制備的LMMP樣品與碳材料按質量比為8∶2的比例在瑪瑙研缽中混合后，放入高能行星球磨機的瑪瑙筒中球磨后得到黑色粉末；

(2)將步驟(1)得到的黑色粉末在500～700℃的惰性氣體氣氛爐中恒溫加熱2～6小時，隨爐冷卻得到納米LMMP/碳復合材料。