[發明專利]一種納米磷酸錳鋰/碳正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710929643.8
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN108054347A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 張校剛;聶平;竇輝;鄧海福;蔣江民;丁兵;吳宇婷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開了一種納米磷酸錳鋰/碳正極材料及其制備方法，該材料中，碳包覆在磷酸錳鋰顆粒表面，碳含量為8?15 wt.%。制備方法是：以含錳化合物、磷酸鹽為原料，檸檬酸為螯合劑，采用溶膠凝膠法在600?750℃惰性氣氛熱處理0.5?2 h得到Mn2P2O7/C前驅體；將Mn2P2O7/C前驅體與含鋰化合物混合，550?850℃惰性氣氛下熱處理6?12 h，得到LiMnPO4/C納米顆粒，產物純度高、結晶完美并且展示了優異的電化學性能。碳在Mn2P2O7顆粒表面的預包覆能有效抑制鋰化過程中LiMnPO4顆粒的生長且改善了材料的電子導電性。該方法簡單易行，成本低廉，環境友好，適于大規模化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種納米磷酸錳鋰/碳正極材料及其制備方法。

背景技術

由于具有工作電壓高、工作范圍寬、能量密度大、環境友好、無記憶效應等優點，鋰離子電池被廣泛地應用在生產與生活的諸多領域，包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴式智能設備(谷歌眼鏡、智能手表等)以及電動汽車、通信基站、智能電網等大型儲能領域。一般地，鋰離子電池是由正極材料、隔膜、負極材料與電解液組成。使用鋰離子電池作為單一能量源，要求其能夠儲存和釋放更高的能量，這對電池材料特別是正極材料提出了更高的要求。與負極材料相比，正極材料的發展相對滯后。在對高能量密度和高功率輸出動力電源迫切需求的形勢下，開發更為合適的高電位正極材料已成為目前鋰離子電池的重中之重。

橄欖石型磷酸錳鋰(LiMnPO4)由于具有高的氧化還原電位(4.1V vs.Li/Li+)，高的理論容量170mAh g-1(理論能量密度高達701Whkg-1)以及良好的熱穩定性、電化學穩定性與安全性，而受到研究者重點關注。而且，LiMnPO4適用于現有鋰離子電解液體系的穩定窗口(LiMnPO4充放電區間一般為2.3-4.5V vs.Li/Li+)，在同等比放電容量下，其能量密度比商業化的LiFePO4材料高出近20％。此外，我國錳資源豐富、生產成本低、環境友好。因此，自被發現以來，LiMnPO4已發展成為一種極具應用潛力的正極材料。然而，LiMnPO4正極材料面臨的最大問題是鋰離子擴散系數和電子導電性(<10-10S cm-1)較低，進而導致其較低的比容量和差的倍率性能。甚至在小電流充放電下，依然難達到理論比容量。