[發明專利]一種電化學活性正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610079216.0
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105552341A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 王金娥;高玉忠;董明
• 申請（專利權）人: 蘇州工業園區恒量咨詢有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/136;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池活性材料的制 備方法及相應的電極和電池。

背景技術

電化學活性物質磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄)，具有穩定的晶體結構，安全性 好，循環性能特別好，不使用戰略資源鎳鈷、價格低、材料無毒環保，被公 認為制造高安全、低成本、長壽命的鋰電池的最佳正極材料。而同為橄欖石 結構的磷酸錳鋰(LiMnPO₄)與LiFePO₄具有相同的理論容量，由于其具有更 高的充放電電位(vsLi⁺/Li＝4.1V)，使得材料的理論能量密度遠遠高于 LiFePO₄。然而由于LiMnPO₄導電能力太差，在充放電過程中受到 Jahn-Teller效應影響，導致制備的LiMnPO₄材料實際容量較低，循環性能 很差，合成具有較好電化學活性的LiMnPO₄材料非常困難。

為解決上述問題，人們采用了諸如添加導電碳、離子摻雜、材料納米化 等等各種手段，來改善材料的各方面性能，其中研究最多的當屬不同Fe-Mn 比率的磷酸錳鐵鋰固溶體。現有技術中，均為制備單相磷酸錳鐵鋰“固溶體” 的方法，所制備的材料電化學性能較純LiMnPO₄雖有所提高，但仍沒有超 過單純LiFePO₄的最高水平。為獲得更佳的材料性能，制備更好的電化學活 性材料，本專利由此而生。

發明內容

針對上述提出的目前生產正極材料存在的問題，本發明的目的之一是提 供一種生產鋰離子電池正極材料及其制備方法，通過控制化學合成條件，實 現LiFePO₄與LiMnPO₄兩晶相共結晶，形成兩種不同晶粒取向的LiFePO₄與LiMnPO₄在納米尺度均勻復合的電化學活性材料，納米LiFePO₄提供高 導電性與高容量，納米LiMnPO₄提供高電壓、高能量。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：其由錳、 鐵兩種磷酸鋰鹽晶粒在納米尺度均勻復合而成，化學組成為(1-x)LiFePO₄/ xLiMnPO₄，x＝0.01-0.99；SEM/EDX元素掃描Mn、Fe均勻分布。

優選的，兩種磷酸鋰鹽晶粒晶體生長取向明顯不同，其中一種晶粒取向 XRD圖譜I₀₂₀/I₂₀₀≥3.0，另一種晶粒取向XRD圖譜I₀₂₀/I₂₀₀≤3.0。

優選的，(1-x)LiFePO₄/xLiMnPO₄兩晶相共存、XRD圖譜各衍射峰均 較寬，且有明顯的分峰現象。

優選的，兩種磷酸鋰鹽晶粒尺寸為5-100nm。

優選的，所述的電化學活性材料是由鋰源、鐵源、錳源、磷源為原料、 經化學原位(in-situ)合成得到的復合材料。

本發明提供一種制備(1-x)LiFePO₄/xLiMnPO₄，x＝0.01-0.99電池正 極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采用錳源、鐵源、磷源、鋰源化合物為原料，分散到水或酒精分 散劑中，

(2)將前述錳源、鐵源、磷源、鋰源化合物溶液充分混合攪拌均勻后， 加入到砂磨機研磨，分散制成漿料；

(3)將前述的漿料干燥后，轉入合成爐內在惰性氣氛下進行固相合成， 即得(1-x)LiFePO₄/xLiMnPO₄復合材料，x＝0.01-0.99。

優選的，在所述的步驟(1)中，將鋰源、鐵源和單質錳按摩爾比1:2:1 進行混合。此方法采用無碳還原工藝，環保無污染，合成的復合材料振實密 度高，加工性能好，電化學性能優良。

優選的，在所述的步驟(1)中，還加入碳源，其加入量為步驟(1)中 原料總重量的5％～10％。

優選的，所述碳源為有機碳源，包括但不限為葡萄糖、果糖、蔗糖。