[發明專利]磷酸錳鐵鋰復合正極材料及制備方法、正極和鋰電池

有效

• 申請號: 201410361560.X
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104124453B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 孔令涌;尚偉麗;黃永侃;陳玲震;許燕平
• 申請（專利權）人: 佛山市德方納米科技有限公司;深圳市德方納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種磷酸錳鐵鋰復合正極材料及其制備方法、鋰電池正極和鋰電池。

背景技術

近些年來，鋰離子電池正極材料LiFePO₄因具有原材料來源廣泛，價格便宜，熱穩定性優，循環性能好，安全無毒等優點備受關注，被認為是理想的新一代鋰離子電池正極材料，然而LiFePO₄較低的放電電壓平臺(約3.4V)使其能量密度較低限制了其發展應用。

與LiFePO₄具有相同結構的LiMnPO₄相對于Li⁺/Li的電極電勢為4.1V，遠高于LiFePO₄的電壓平臺，且位于現有電解液體系的電化學穩定窗口內，未來應用前景廣泛，因此備受關注。然而，由于LiMnPO₄的導電性極差，被認為是絕緣體，導致合成能夠可逆充放電的LiMnPO₄非常困難，限制了其發展應用。

磷酸錳鐵鋰LiMn_xFe_1-xPO₄(0<x<1)是在LiMnPO₄改性的基礎上發展起來的，雖然Fe²⁺的引入可以使磷酸錳鋰的導電性有所提高，但提高的幅度有限，很難使材料的電化學性能充分發揮出來。因此，本發明重點探討和研究了如何進一步提高該磷酸錳鐵鋰的導電性能。

發明內容

本發明實施例的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種磷酸錳鐵鋰復合正極材料及其制備方法，以解決現有磷酸錳鐵鋰正極材料導電性不高，制備鋰離子電池放電容量低，循環保持率差的技術問題。

本發明實施例的另一目的在于提供一種含有該磷酸錳鐵鋰復合正極材料的鋰電池正極和鋰電池。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種磷酸錳鐵鋰復合正極材料，所述磷酸錳鐵鋰復合正極材料尺寸為納米級，且在磷酸錳鐵鋰基材中復合有石墨炔，所述石墨炔的質量是所述磷酸錳鐵鋰基材質量的0.1-10％。

以及，一種磷酸錳鐵鋰復合正極材料的制備方法，包括如下步驟：

按照磷酸錳鐵鋰的各元素的摩爾比將納米級的鋰源、錳源、鐵源、磷源加入溶劑中進行溶解處理，得到透明溶液A；

向所述透明溶液A中加入絡合劑，并進行混合處理，得到混合液B；

向所述混合液B中加入石墨炔溶液，并進行混合處理，得到混合液C；其中，所述石墨炔溶液加入的量為理論生成磷酸錳鐵鋰質量的0.1-10％；

將混合液C進行干燥，得到磷酸錳鐵鋰復合正極材料前驅體；

將所述磷酸錳鐵鋰復合正極材料前驅體進行研磨處理，經50-300目過篩后于保護性氣氛中、500-900℃下熱處理，接著進行退火處理。

以及，一種鋰電池正極，包括集流體和結合在所述集流體上的正極材料，所述正極材料為上述的磷酸錳鐵鋰復合正極材料或由上述的磷酸錳鐵鋰復合正極材料的制備方法制備的磷酸錳鐵鋰復合正極材料。

以及，一種鋰電池，所述鋰電池包括上述的鋰電池正極。

與現有技術相比，上述磷酸錳鐵鋰復合正極材料顆粒為納米級，從縮小一次粒徑方面縮短Li⁺和電子的遷移路徑，從而提高材料的導電性，改善了材料的電化學性能。采用石墨炔復合技術，提高磷酸錳鐵鋰材料的內部導電性，有效降低了磷酸錳鐵鋰材料的體積電阻率，提高材料的內部電子導電性和鋰離子傳輸速度，而且不會導致磷酸錳鐵鋰的電壓平臺降低。

上述磷酸錳鐵鋰復合正極材料的制備方法采用絡合劑絡合金屬離子，使其在原子水平均勻分散，且通過化學方法得到納米級材料。該方法使得石墨炔與磷酸錳鐵鋰達到分子級別的均勻分散，實現石墨炔對磷酸錳鐵鋰材料結構內部復合，相比于顆粒表面的碳包覆，對磷酸錳鐵鋰的導電性能有顯著的提升。另外，通過在特定的溫度下熱處理和退火處理，使得石墨炔與磷酸錳鐵鋰所形成的復合材料結構穩定。

上述鋰電池正極和鋰電池由于含有上述磷酸錳鐵鋰復合正極材料，又由于該磷酸錳鐵鋰復合正極材料具有如上所述優異的導電性能，因此，鋰電池正極電化學性能好，從而賦予該鋰電池高放電克容量和優異倍率循環特性以及高的循環容量保持率。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1為本發明實施例磷酸錳鐵鋰復合正極材料制備方法流程示意圖；

圖2為以本發明實施例1制備的磷酸錳鐵鋰復合正極材料的SEM圖；