[發(fā)明專利]一種多元素?fù)诫s磷酸錳鋰-碳復(fù)合正極材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410059166.0
• 申請(qǐng)日: 2014-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN103779566A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張萍
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉一種多元素?fù)诫s磷酸錳鋰-碳復(fù)合正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著電池行業(yè)的迅速發(fā)展，為了解決電池的使用壽命、能量密度、自放電或者質(zhì)量等諸多問題，出現(xiàn)了各種類型的電池。目前，由于鋰電池具有能量密度高、使用壽命長、質(zhì)量輕、自放電小等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)成為了通訊設(shè)備、筆記本電腦等便攜式設(shè)備的首選電源，并且也開始應(yīng)用到電動(dòng)車、國防等中大型的設(shè)備中。基于鋰的可逆嵌入某些材料的高能量密度和長壽命的可再充電的電池已經(jīng)能夠使輕型和緊湊型電子裝置廣泛分布，所述電子裝置如移動(dòng)電話和便攜式計(jì)算機(jī)。然而，某些陽極材料，如LiCoO₂的應(yīng)用已經(jīng)引起了憂慮，原因在于鈷的毒性，由于氧氣釋放導(dǎo)致的火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)以及在過充電或在升高的溫度時(shí)與有機(jī)電解質(zhì)的劇烈反應(yīng)(熱失控)。而且，鈷相當(dāng)稀少并且因此是昂貴的元素。其它的物質(zhì)，如LiMn₂O₄具有較差的長期穩(wěn)定性。

具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰金屬磷酸鹽已經(jīng)作為陰極材料的有前景的備選物質(zhì)出現(xiàn)，因?yàn)檠踉赑O₄^3-中強(qiáng)烈地共價(jià)結(jié)合，即使在極端條件下也防止氧釋放。此外，PO₄^3-的誘導(dǎo)效應(yīng)提高金屬中心的氧化還原電勢(shì)，使豐富和廉價(jià)的金屬如鐵和錳的應(yīng)用成為可能。因此，LiFePO₄產(chǎn)生了相對(duì)鋰的3.4V的電壓，并且在數(shù)千次充電/放電循環(huán)后，甚至在過充電和在升高的溫度下也保持穩(wěn)定。LiMnPO₄提供相對(duì)鋰的甚至更高的4.1V電壓，其接近常見的非水性電解液的穩(wěn)定性范圍，并且與經(jīng)典系統(tǒng)，如LiCoO₂，LiAl_0.05Co_0.15Ni_0.8O₂或LiMn₂O₄更加相容。由于更高的電壓，LiMnPO₄比LiFePO₄提供優(yōu)越的能量密度。但是LiMnPO₄作為正極材料時(shí)也具有不可避免的缺點(diǎn)。首先，LiMnPO₄的室溫電子電導(dǎo)率低，這可以通過在LiMnPO₄顆粒表面包覆導(dǎo)電物質(zhì)(如碳)或離子摻雜來進(jìn)行改善；其次，Li⁺在LiMnPO₄中的擴(kuò)散通道為一維，因而擴(kuò)散速度慢，使得材料的大電流充放電性能差，活性物質(zhì)的利用率偏低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種多元素?fù)诫s磷酸錳鋰-碳復(fù)合正極材料的制備方法，使用該方法制備的正極材料，具有良好導(dǎo)電性能和較高比容量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種多元素?fù)诫s磷酸錳鋰-碳復(fù)合正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備多元素?fù)诫s的磷酸錳鋰前驅(qū)體

該鉀、鎳摻雜磷酸錳鋰的化學(xué)式為Li_1-xNa_xMn_1-yAl_yP_1-zF_zO₄，其中：x=0.05-0.1，y=0.2-0.25，z=0.15-0.2，按照上述化學(xué)式中的Li、Na、Mn、Al、P、F的摩爾量稱取氧化鋰、碳酸鈉、乙酸亞錳、磷酸氫二銨、氫氧化鋁和氟化銨，機(jī)械混合，形成混合物一；

將混合物一與蔗糖按1∶0.3-0.6的重量比相混合得到混合物二，并加入足夠浸沒混合物二的丙酮，在行星式球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨24-36h；

球磨后置于真空干燥機(jī)中在120-130℃的溫度干燥12-18h得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎；

將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在400-600℃的溫度預(yù)處理10-15h，得到多元素?fù)诫s的磷酸錳鋰前驅(qū)體；

（2）碳包覆

將活性炭與聚乙二醇按1∶1-2的重量比相混合并超聲分散到乙醇中，形成導(dǎo)電碳分散液；

將多元素?fù)诫s的磷酸錳鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液多元素?fù)诫s的磷酸錳鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳重量比100∶5-7的比例混合，將混合料在行星球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨10-15h；將球磨后的物質(zhì)干燥后，在高純氮?dú)饬髦羞M(jìn)行熱處理燒結(jié)，以5-10℃/min速率升溫，在溫度750-800℃恒溫?zé)Y(jié)10-15h，以10-15℃/min降溫，制備得到產(chǎn)品。