[發明專利]鋰離子動力電池用高性能磷酸錳鋰材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310689352.8
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103700856A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 徐寧;趙明;宋英杰;伏萍萍
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王曉紅

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用正極材料，特別是涉及一種鋰離子動力電池用高性能磷酸錳鋰材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種能量密度高、功量密度高、壽命長的二次電池，在現代社會中扮演重要角色。在手機、筆記本電腦等小型設備中，鋰離子電池應用極為廣泛。同時，隨著電動汽車、智能電網等產業的快速發展，鋰離子動力電池的需求量急劇上升，對其性能要求日益提高。應用于鋰離子電池中的正極材料是其性能和成本的決定性因素。作為鋰離子電池正極材料，磷酸錳鋰具有工作電壓高、放電平穩、成本低、安全性好等優點，非常適用于鋰離子動力體系。磷酸錳鋰材料應用于鋰離子動力電池，將使電池系統的能量密度得到較大提高，相同組輸出電壓下串聯單體數量減少，有助于提高電池組的可靠性。

磷酸錳鋰的導電性差是其應用時需解決的關鍵問題。同時，由于錳元素常見的氧化態較多，在磷酸錳鋰合成過程中錳元素的氧化態易發生改變而使材料不純，性能變差。磷酸錳鋰材料雖與磷酸鐵鋰結構非常相似，但其制備方法與磷酸鐵鋰有較大不同，并且影響該材料性能的部分因素也是其特有的。導電劑包覆、元素摻雜和減小一次粒子粒徑是提高導電性的主要方法。制備方法方面，高溫固相法和溶劑熱法是常用的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種性能優異，大倍率放電能力強的鋰離子動力電池用高性能磷酸錳鋰材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鋰離子動力電池用高性能磷酸錳鋰材料的制備方法，依次包括以下步驟：

1）將含鋰離子和含磷酸根離子的原料分別配制成水溶液；

2）用計量泵將原料溶液按比例注入常壓反應釜進行反應；

3）反應完成后過濾分離得到固形物，對固形物進行洗滌、干燥；

4）將得到的固形物，與含錳離子、鐵離子、鎂離子和鎳離子的原料在溶劑熱反應介質中混合，進行溶劑熱反應；

5）反應完成后，過濾得到固形物，并對其進行洗滌、干燥；

6）以有機物為前驅體對步驟5）得到的固形物進行包覆，然后在保護氣氛下進行熱處理；

7）得到的固形物產品進行粉碎、篩分、包裝，得到目標產品鋰離子動力電池用正極材料LiMn(_1-x-y-z)Fe_xMg_yNi_zPO₄/C。

所述的含鋰離子的原料是可溶的鋰鹽或氫氧化物，含磷酸根離子的原料是磷酸或可溶的磷酸鹽。

所述的原料注入摩爾比例為：n(Li⁺):n(PO₄^3-)=3～3.3:1。

所述的含錳離子的原料是二價錳的可溶鹽，含鐵離子的原料是二價鐵的可溶鹽，含鎂離子的原料是可溶鎂鹽，含鎳離子的原料是二價鎳的可溶鹽。

所述錳離子、鐵離子、鎂離子和鎳離子的原料的加入摩爾配比按材料化學式LiMn(_1-x-y-z)Fe_xMg_yNi_zPO₄/C中的x，y，z值進行計算，取值范圍為0.01<x≤0.05，0.01<y≤0.05，0.01<z≤0.05，總加入量與步驟3）得到的固形物的磷元素含量等摩爾。

所述的溶劑熱反應介質是乙二醇、丙三醇和聚合度≥2的聚乙二醇中的一種與水的混合物。

所述的溶劑熱反應溫度為100～200℃，反應時間為2～24h。

所述的用于碳包覆的有機物前驅體是葡萄糖、蔗糖、淀粉和纖維素中的一種，按質量分數，加入量為步驟5）得到的固形物的10％～50%。

所述的熱處理保護氣氛是氬氣氣氛或氮氣氣氛。

所述的熱處理溫度為400～600℃，熱處理時間為0.5～3h。

本發明的有益效果是：采用控制結晶法制備磷酸鋰前驅體，然后采用溶劑熱法制備磷酸錳鋰。在溶劑熱過程摻入鐵、鎂和鎳，替代錳的位置。最后采用有機前驅體熱解進行碳包覆得到最終產品。制備的摻雜磷酸錳鋰材料性能優異，大倍率放電能力強。

附圖說明

圖1是本發明的制備方法的工藝流程；

圖2是實施例1制備的產品的XRD圖樣；

圖3是實施例1制備的產品不同放電倍率的容量。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明：