[發明專利]一種混合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810502068.8
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108649209B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 徐丹軍;付強
• 申請（專利權）人: 陜西海恩新材料有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 汪浩

本發明公開了一種混合正極材料，包括改性錳酸鋰和氟磷酸釩鋰，所述的改性錳酸鋰與氟磷酸釩鋰的質量比為1:1～5:1；本發明混合正極材料，由改性尖晶石型錳酸鋰和氟磷酸釩鋰混合而成，尖晶石型錳酸鋰，在錳酸鋰顆粒表面包覆一層磷酸鋰，并在錳酸鋰體相中摻入氟元素和鋁元素，有效的提高錳酸鋰在循環過程中的結構穩定性，抑制錳的溶解并保護電極材料不受電解液中氫氟酸的腐蝕，并有效提高錳酸鋰電池的首次庫倫效率，改性尖晶石型錳酸鋰和氟磷酸釩鋰通過機械混合組成，借助兩種正極材料的協同效應，提高正極材料整體的循環穩定性與倍率性能；本發明混合正極材料的制備方法，操作簡單，成本低，易實現工業化。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制備技術領域，更具體地說，涉及一種混合正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著技術的發展，鋰離子電池在電動汽車和儲能領域有著非常好的應用前景，必將對未來人們的生活產生深刻的影響。

目前商業中使用最廣泛的鋰離子電池正極材料是LiCoO2，但是LiCoO2安全性差，對環境不友好，而且，由于鈷在地殼中的豐度只有 25ppm，導致LiCoO2價格昂貴。

由于尖晶石型錳酸鋰價格便宜，對環境友好，安全性好的特點，被視為最有發展前景的正極材料之一。尖晶石型錳酸鋰具有尖晶石結構，化學計量比的錳酸鋰的化學式為LiMn₂O₄，屬于立方晶系，對于尖晶石型錳酸鋰，工業上主要是采用固相合成法來制備，但是在煅燒過程中，內部的前驅體由于氧不足而難以使反應完全進行，最終導致煅燒出來的尖晶石型錳酸鋰晶體結構一致性不好，再加上循環過程中錳的溶解和晶型結構的轉變導致電池容量衰減較快，循環性差，高溫性能低。因此，目前對于如何提高錳酸鋰首次庫倫效率和循環性能的技術探索顯得尤其重要。

本發明通過氟磷酸釩鋰與錳酸鋰混合，借助兩者的協同效應來抑制錳的溶解及電子轉移速率，提高正極材料的循環穩定性和倍率性能。

發明內容

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。

一種混合正極材料，包括改性錳酸鋰和氟磷酸釩鋰，所述的改性錳酸鋰與氟磷酸釩鋰的質量比為1:1～5:1。

優選地，所述的改性錳酸鋰由碳酸鋰質量分數12%～16%，二氧化錳質量分數62%～81%，磷酸鋰質量分數1.9%～2.5%，氟化鋁質量分數0.7%～1.4%以及蔗糖質量分數0%～23%組成，以上組分質量百分比之和為100%。

優選地，所述的碳酸鋰和二氧化錳質量比為：1:4.5～1:5.5。

優選地，其制備方法為：

S1、將碳酸鋰12%～16%，二氧化錳62%～81%，磷酸鋰1.9%～2.5%，氟化鋁0.7%～1.4%以及蔗糖0%～23%混合均勻，以上組分質量百分比之和為100%；

S2、將S1中的材料采用球磨法混合均勻，得到混合原料A；

S3、將混合原料A置于馬弗爐中燒結，得到燒結產物B；

S4、將燒結產物B進行研磨，得到改性錳酸鋰；

S5、將改性錳酸鋰和氟磷酸釩鋰混合，即得到混合正極材料。

優選地，所述的S1中稱取的所有原料加入球磨罐中，球磨時間為1h～2h，球磨轉速為800～2000r/min。

優選地，所述的S1中混合均勻采用磁力攪拌混合原料，具體為，將稱取的原料加入超純水溶劑，采用磁力攪拌4h～8h，攪拌結束后置于烘箱中進行干燥。

優選地，所述的S3中的燒結氛圍為空氣，燒結條件為：預燒溫度540℃～600℃，保溫4h～6h，再升溫到800℃～850℃，保溫時間10h～12h，其中，升溫速率5℃/min。