[發(fā)明專利]一種鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103872332A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 周末
• 申請（專利權）人: 周末
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發(fā)明涉一種鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料的制備方法。

背景技術

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、質量輕、自放電小等優(yōu)點，現(xiàn)已經成為了通訊設備、筆記本電腦等便攜式設備的首選電源，并且也開始應用到電動車、國防等中大型的設備中。

目前，鋰離子電池正極材料主要有鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、三元材料和過渡金屬磷酸鹽幾種。鋰鈷氧化物最早作為電池正極材料獲得商業(yè)使用，但是該材料的生產成本高，熱穩(wěn)定性能差，對環(huán)境污染較大，安全性能也不好，LiCoO₂正極材料無法滿足電動汽車對動力電池的諸多要求。近年開發(fā)出來的磷酸鐵鋰正極材料以其超長的循環(huán)壽命，極好的安全性能，較好的高溫性能和高倍率放電性能，成為最有希望的鋰離子動力電池材料。盡管磷酸鐵鋰正極材料有以上的諸多優(yōu)點，但是該材料的電壓較低，其放電電位只有3.4伏（相對鋰金屬），因此能量密度很難提高。

磷酸錳鋰具有與磷酸鐵鋰相同的橄欖石結構，都屬于正交晶系，而且它們的理論容量也相同，為170mAh/g，磷酸錳鋰具有與磷酸鐵鋰相同的安全性能。但是磷酸錳鋰相對于Li的電極電勢為4.1V，遠高于磷酸鐵鋰的3.4V電壓平臺，而且在這個電壓平臺下，現(xiàn)有的正極材料的導電率很差，加上其電化學容量較低，高溫性能差使其應用受到了限制。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料的制備方法，使用該方法制備的正極材料，具有良好導電性能和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）采用溶膠凝膠法制備鐿鎂摻雜的磷酸錳鋰前驅體

該鐿鎂摻雜磷酸錳鋰的化學式為Li_1-xMg_xMn_1-yYb_yPO₄，其中：x=0.13-0.17，y=0.02-0.035，按照上述化學式中的Li、Mg、Mn、Yb、P的摩爾量稱取草酸鋰、檸檬酸鎂、乙酸亞錳、硝酸鐿、磷酸，溶解于去離子水中，加入與草酸鋰的摩爾比為1:1.2-1.5的絡合劑聚丙烯醇，得到混合溶液；

將混合溶液強力攪拌且蒸發(fā)溶劑至粘稠，將得到的粘稠物質于鼓風燥箱內進行干燥，粉碎，得到混合物粉末；

將混合物粉末中加入足夠浸沒其的丙酮，在行星式球磨機中以轉速400-500r/min球磨20-30h，球磨后置于真空干燥機干燥得到粉料，將所得粉料用粉碎設備粉碎；

將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在400-600℃的溫度預處理10-15h，得到鐿鎂摻雜的磷酸錳鋰前驅體；

（2）碳包覆

將質量比為1:1-2的乙炔黑和碳納米管混合后形成碳混合物，將碳混合物與丙酮按1∶2-3的重量比相混合并超聲分散到乙醇中，形成導電碳分散液，其中丙酮和乙醇的體積比為1:3-5；

將鐿鎂摻雜的磷酸錳鋰前驅體與上述導電碳分散液按照鐿鎂摻雜的磷酸錳鋰前驅體與導電碳混合物重量比100∶3-5的比例混合得到混合料，將混合料在行星球磨機中以轉速400-500r/min球磨10-15h；將球磨后的物質干燥后，置于氬氣和甲烷的混合氣氛中，其中氬氣和甲烷的體積比為10:1-2，在回轉爐中于700-800℃溫度下焙燒10-15h，得到鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料。

本發(fā)明制備的鐿鎂摻雜磷酸錳鋰-碳復合正極材料，將磷酸錳鋰復合材料摻雜稀土元素Yb和過渡元素Mg改性以提高電子導電率和鋰離子遷移速率，并在其表面包覆碳包覆網絡，進一步提高其導電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。因此該復合材料在用于鋰離子電池時，具有較高的比容量以及較長的使用壽命。

具體實施方式

實施例一

鐿鎂摻雜磷酸錳鋰的化學式為Li_0.87Mg_0.13Mn_0.98Yb_0.02PO₄。按照上述化學式中的Li、Mg、Mn、Yb、P的摩爾量稱取草酸鋰、檸檬酸鎂、乙酸亞錳、硝酸鐿、磷酸，溶解于去離子水中，加入與草酸鋰的摩爾比為1:1.2的絡合劑聚丙烯醇，得到混合溶液。