[發明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰-導電多聚物的制備方法

無效

• 申請號: 201310660916.5
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103606678A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 左朋建;王利光;尹鴿平;馬玉林;杜春雨;程新群;高云智
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;C01B25/45
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產品和通訊工具中得到廣泛應用，并被逐步開發為電動汽車的動力電源，從而推動其向安全、環保、低成本及高比能量的方向發展。其中，新型電極材料特別是正極材料的研制極為關鍵。目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料集中于鋰的過渡金屬氧化物如層狀結構的LiMO₂(M=Co，Ni，Mn)和尖晶石結構的LiMn₂O₄。但作為正極材料它們各有缺點，LiCoO₂成本高，資源貧乏，毒性大；鎳酸鋰(LiNiO₂)制備困難，熱穩定性差；LiMn₂O₄容量較低，循環穩定性尤其是高溫性能較差。為了解決以上材料的缺陷，人們做了大量研究，在對以上正極材料進行各種改性以改善其性能的同時，新型正極材料的開發一直也是關注的重點。研究發現，磷酸錳鋰材料工作電壓適中(4.1V)，理論容量高171mAh/g，循環性能好，成本很低，而且其能量密度比磷酸亞鐵鋰高34%，它的高能量密度和高安全性能使其在在動力鋰離子電池中具有突出應用前景，不足之處是它的電導率差。

目前大多采用包碳的方法提高其導電性，一般使用如葡萄糖、蔗糖等化合物作為碳源，該類碳源對其導電性提升有限，而酚醛樹脂和芳香族化合物等有機化合物在合適的熱處理溫度下可以形成類π鍵構成的二維平面聚合材料，通過此類材料的表面修飾，可以極大的提升其導電性及穩定性，進而改善其電化學性能，且該方法能耗低，工藝條件易控制，有利于實現工業化生產。

發明內容

本發明是要解決現有磷酸錳鋰材料的電導率差的技術問題，從而提供了一種鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰-導電多聚物的制備方法。

本發明的一種鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰-導電多聚物的制備方法是按以下步驟進行：

一、將鋰源化合物、磷源化合物和錳源化合物加入到液體介質中，然后加入的添加劑，攪拌4h～5h，調節pH至5～7，得到懸濁液；其中，鋰源化合物、磷源化合物和錳源化合物的摩爾比為1～3:1:1；液體介質、添加劑與錳源化合物的摩爾比為1:0.01～0.05:0.01～0.1；

二、將步驟一得到的懸濁液轉移至四氟乙烯的反應釜中，密閉，在160℃～240℃下保溫3h～24h后，降溫至室溫，取出生成液，濾去上清液后，加入蒸餾水進行超聲振蕩，然后在6000r/min～8000r/min的轉速下離心5min～10min，濾去上層清液后，再次加入蒸餾水進行超聲振蕩并離心，重復至溶液顏色透明，然后濾去上清液，加入乙醇，重復振蕩和離心的過程，至溶液顏色透明，取出沉淀，于50℃～100℃下保溫12h～24h烘干，得到純相磷酸錳鋰；

三、將步驟二得到的純相磷酸錳鋰與有機碳源化合物在球磨轉速為100r/min～800r/min下球磨1h～20h，得到混合物粉末；

四、將步驟三得到的混合物粉末在惰性氣體保護下升溫至200℃～700℃下進行熱處理1h～20h，然后自然冷卻至室溫，即得到磷酸錳鋰-導電多聚物；其中，升溫速率為1℃/min～20℃/min。

本發明包括以下有益效果：

1、本方法所制備的純相磷酸錳鋰顆粒尺寸可控，處于200nm～400nm之間，均勻、分散性較好；

2、球磨過程可進一步縮小顆粒尺寸，提高材料的電化學性能，球磨過程可使有機物碳源均勻的包覆在純相磷酸錳鋰表面，改善材料的電導率；

3、采用這種五元環和六元環交錯的結構（如摻雜型多并苯PAS）可極大的提高材料的電導率及穩定性，改善其倍率和循環穩定性，提高材料的可逆容量；

4、本發明制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，采用低溫熱處理，能耗低，有利于實現工業化生產；

5、本發明制備的磷酸錳鋰-導電多聚物復合材料具有很高的實用價值，本發明不僅可用于磷酸錳鋰正極材料，也可用于其他需包覆提高電導率的材料。

附圖說明

圖1為試驗一制備的純相磷酸錳鋰LMP的XRD衍射圖與磷酸錳鋰LMP的標準卡片的XRD衍射圖；其中，1為試驗一制備的純相磷酸錳鋰LMP的XRD衍射圖，2為磷酸錳鋰LMP的標準卡片的XRD衍射圖；

圖2為試驗一制備的純相磷酸錳鋰LMP的SEM照片；

圖3為試驗一制備的純相磷酸錳鋰LMP-摻雜型PAS復合材料的SEM照片；