[發明專利]一種磷酸錳鐵鋰及其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201410238021.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN105226273B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 江正福;焦曉朋
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種磷酸錳鐵鋰及其制備方法及應用。磷酸錳鐵鋰的制備方法包括分別用溶膠凝膠法制備磷酸鐵鋰溶膠和磷酸錳鋰溶膠；然后將磷酸鐵鋰溶膠和磷酸錳鋰溶膠在惰性氣氛中煅燒得到磷酸錳鐵鋰。采用本發明的方法制備得到的磷酸錳鐵鋰的一次顆粒都在100納米左右，比容量在140?160mAh/g，倍率性能較好，能夠作為動力電池正極材料使用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種磷酸錳鐵鋰及其制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池作為高比能量化學電源已經廣泛應用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機、照相機、便攜式儀器儀表等領域，也是各國大力研究的電動汽車、空間電源的首選配套電源，成為可替代能源的首選。

鋰離子電池正極材料是現有技術研究的熱點和難點，常用的如LiFePO₄，具有良好的電化學性能，充放電平臺十分平穩，充放電過程中結構穩定，且具有無毒、無污染、安全性能好、可在高溫環境下使用、原材料來源廣泛等優點，是目前電池界競相開發的材料。但LiFePO₄相對于Li⁺/Li 的電極電勢僅為3.4 V，儲能密度低，限制了其應用領域和發展前景。而LiMnPO₄相對于Li⁺/Li 的電極電勢為4.1 V，且位于現有電解液體系的穩定電化學窗口，同時理論容量高達170 mA·h/g，具有潛在的高能量密度。另外，合成LiMnPO₄成本低、對環境友好。但現有合成能夠可逆充放電的LiMnPO₄非常困難，電子在LiMnPO₄中發生躍遷的能隙為2 eV，電子導電性極差，在放電過程中，電極極化程度較大，因此在放電中后期，電壓快速下降至截止電壓，導致電池容量較低。現有技術研究通過在材料晶格中引入雜原子，采用元素摻雜來提高此材料的電導率，例如引入Fe等原子，形成LiMn_xFe_1-xPO₄固溶體材料。

現有合成LiMn_xFe_1-xPO₄固溶體材料的方法一般包括高溫固相反應法、液相共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、氧化還原法、固相微波法和機械球磨法等。目前常用的是高溫固相反應法和水熱法。

公開號為CN102769131A的專利公開了一種制備磷酸錳鐵鋰/碳復合材料的方法，以磷酸二氫銨、鋰源、錳源、鐵源、碳源和摻雜金屬元素化合物為原料，包括以下步驟：（1）按摩爾比為0.48-0.85:0.10-0.48:0.99-1.0:0.49-0.52:0.01-0.05分別取錳源、鐵源、磷酸二氫銨、鋰源和摻雜金屬元素化合物，再取質量百分比為5-20%的碳源，混合；（2）加入質量百分比為100-200%分散劑，高速球磨后在惰性氣體保護下60-80℃溫度下干燥；（3）破碎粉碎成粉末材料后，在惰性氣體保護下在450-700℃高溫燒結4-12小時，粉碎分級過篩得到磷酸錳鐵鋰/碳復合材料。該方法存在以下幾點缺點：1、由于磷酸錳鐵鋰自身的電子導電和離子導電性能差，需要在材料表面包覆碳源以提高電子導電性，同時通過減小顆粒粒徑以達到縮短離子擴散路徑的方法提高離子導電，而固相法通常獲得的都是微米級別的顆粒，且該方法也難以將碳源均勻包覆在正極材料的表面，因此必然無法提高材料的電子導電和離子導電；2、由于磷酸錳鐵鋰中存在錳和鐵兩種過渡金屬元素，因此在制備該材料的過程中需要充分考慮如何將這兩種元素均勻混合的問題，如果達不到均勻混合，則制備的材料的這種電化學性能都無法滿足商業化應用的要求，而該專利采用固相法也是無法達到均勻混合這兩種元素的目的。