[發明專利]磷酸錳鐵鋰?三維碳骨架復合正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710711512.2
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107689448A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 盧威;李偉紅;陳朝陽;卞果
• 申請（專利權）人: 寧波知能新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南京艾普利德知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32297
• 代理人: 陸明耀

1.磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料，其特征在于：包含磷酸錳鐵鋰材料和占總質量比例為1wt％-10wt％的碳元素，所述酸錳鐵鋰材料的外表面具有碳包覆，形成導電碳層，

所述磷酸錳鐵鋰材料的通式為LiMn_xM_1-xPO₄，其中M為Fe、Co、Ni、V、B、Al、Ti等一種或幾種元素，0.5≤x≤1；

所述復合正極材料為粒徑在10～50μm的二次顆粒，比表面積為20～50m²/g；所述碳元素中部分碳以無定型碳的形式包覆在磷酸錳鐵鋰顆粒表面，形成所述導電碳層；剩余的碳元素由碳骨架原料提供，所述碳骨架原料形成多孔三維碳骨架結構，所述復合正極材料由所述磷酸錳鐵鋰材料與由所述多孔三維碳骨架結構混合而成。

2.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料，其特征在于：所述碳骨架原料包括碳納米管、乙炔黑、科琴黑、導電炭黑、石墨烯量子點的一維或零維導電碳材料，占總質量比例為0.01wt％～5wt％。

3.根據權利要求2所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料，其特征在于：所述碳納米管包括多壁碳納米管、雙壁碳納米管和單壁碳納米管的任意一種或兩種及以上的組合。

4.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料，其特征在于：所述磷酸錳鐵鋰一次顆粒粒徑<80nm，所述復合正極材料包括團聚的磷酸錳鐵鋰二次顆粒。

5.磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1，前驅體球體的制備步驟，

S11，選取占總質量的0.01wt％～5wt％的碳骨架原料，所述碳骨架原料包括碳納米管、乙炔黑、科琴黑、導電炭黑、石墨烯量子點的一維或零維導電碳材料的一種或多種，

S12，選取有機醇與水的混合溶液，所述有機醇包括乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇、戊醇的一種或多種，其中有機醇與水的質量比介于1:1～1:9之間；

S13，將所述碳骨架原料與S12中的溶液混合，碳骨架原料與溶液的質量比為0.01％～2％之間；并通過砂磨機、乳化機、膠體磨、高速分散機或超聲手段實現所述碳骨架原料在溶液中的均勻分散；

S14，將含錳的納米前驅體與磷酸鐵、鋰源、有機碳源、添加劑與步驟S13制得的分散有骨架碳原料的溶液混合，固體含量介于20％～40％之間；元素摩爾比Mn：Fe：P為X:(1-X):1，其中0.5≤x≤1，使用砂磨機對混合溶液進行砂磨1小時～6小時；

S15，將S14中得到的分散液輸入噴霧干燥機的霧化器中形成微小的霧狀液滴，且使所述霧狀液滴在所述噴霧干燥機中受熱并能迅速蒸發溶劑，制得反應前驅體球體；

S2，正極材料的制備步驟，在高純氮氣氣氛下，將S1制得的反應前驅體球體在500-800℃下恒溫鍛燒2-15h，獲得復合正極材料。

6.根據權利要求5所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述磷酸鐵的一次顆粒粒徑介于100納米至10微米之間。

7.根據權利要求5所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述含錳的納米前驅體包括一次顆粒粒徑小于100納米的磷酸錳、焦磷酸錳的一種或多種的混合。

8.根據權利要求5所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述鋰源包括LiOH、Li₂CO₃、CH₃COOLi的一種或多種的混合。

9.根據權利要求5所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述有機碳源包括聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、淀粉、蔗糖的一種或多種的混合。

10.根據權利要求5所述的磷酸錳鐵鋰-三維碳骨架復合正極材料的制備方法，其特征在于：所述骨架碳原料為直徑大于1nm且小于100nm、平均長度大于2微米的碳納米管，可選擇地添加包括乙炔黑、科琴黑、導電炭黑、石墨烯量子點等在內的一維或零維導電碳材料。