[發(fā)明專利]一種高容量磷酸錳鋰復合正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810865248.2
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109004202A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉全兵;李俊豪;張圣潔;馮斯桐;黨岱
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種高容量磷酸錳鋰復合正極材料的制備方法，包括：將磷源、鋰源、錳源、金屬源、碳源和助劑，進行水熱或溶劑熱反應，得到正極材料前驅(qū)體；將所述正極材料前驅(qū)體進行燒結(jié)，得到高容量磷酸錳鋰復合正極材料。本發(fā)明提供的復合正極材料的制備方法工藝過程簡單、分散均勻，能夠調(diào)整材料的形貌、離子/電子電導，有利于鋰離子快速、可逆的嵌入和脫嵌，有利于鋰離子在固相中的快速擴散。本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的高容量磷酸錳鋰復合正極材料，這種復合正極材料的容量高、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高容量磷酸錳鋰復合正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境問題是制約當今社會發(fā)展的兩大難題，鋰離子電池作為綠色環(huán)保的儲能材料也受到世界各國的重視，開發(fā)高性能的正極材料已成為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)研究的重要核心。由于LiMnPO₄具有較LiFePO₄更高的放電電壓平臺(4.1VvsLi⁺/Li)，具有比LiFePO₄更高的能量密度。但是，LiMnPO₄離子/電子電導率極低，導致其性能難以發(fā)揮，理論上170mAh/g比容量能發(fā)揮60％都比較困難。因此，提高LiMnPO₄材料的離子/電子電導率是提升材料大電流充放電性能和體積能量密度的關(guān)鍵。

目前，合成LiMnPO₄主要有固相反應法、液相共沉積法、溶膠凝膠法、水熱法和噴霧干燥法。其中，高溫固相反應法使用的最為廣泛，最適合進行工業(yè)化生產(chǎn)。如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種正極材料的制備方法，包括：將磷酸二氫鋰、草酸鐵錳、酚醛樹脂、油酸置于乙醇中球磨混合干燥；將得到的混合物置于管式爐中在氬氣氣氛下煅燒，得到碳包覆的LiFe_0.5Mn_0.5PO₄材料。這種方法不能實現(xiàn)材料的晶面選控，制備得到的復合正極材料的電學性能較差。又如現(xiàn)有技術(shù)公開了用二甲基亞砜作為輔助劑，聚乙烯吡咯烷酮作為防結(jié)劑，共沉淀法合成LiMn_0.8Fe_0.2PO₄材料。這種方法使用的有機溶劑較貴，用完難以回收。又如現(xiàn)有技術(shù)公開一種將醋酸錳和檸檬酸溶液混合后，加入氯化鐵溶液和磷酸二氫銨溶液，接著滴加氫氧化鋰溶液得到黃褐色濕溶膠，干燥焙燒后合成了LiMn_0.5Fe_0.5PO4材料。這種方法所需的時間比較長，在干燥過程中會逸出許多氣體和有機物，污染環(huán)境。

因此，如何獲得一種制備方法簡單而且電化學性能較好的含碳磷酸錳鋰正極材料成為本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高容量磷酸錳鋰復合正極材料及其制備方法，本發(fā)明提供的方法制備磷酸錳鋰復合正極材料工藝簡單，而且制備得到的磷酸錳鋰復合材料電化學性能較好。

本發(fā)明提供了一種高容量磷酸錳鋰復合正極材料的制備方法，包括：

將磷源、鋰源、錳源、金屬源、無機碳源、有機碳源和助劑，進行水熱或溶劑熱反應，得到正極材料前驅(qū)體；

將所述正極材料前驅(qū)體進行燒結(jié)，得到高容量磷酸錳鋰復合正極材料。

在本發(fā)明中，所述反應之前優(yōu)選將磷源、鋰源、錳源、金屬源、無機碳源、有機碳源和助劑在水或溶劑中混合，實現(xiàn)分子水平混勻。

在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選在攪拌的條件下，所述攪拌的時間優(yōu)選為50～70min，更優(yōu)選為55～65min，最優(yōu)選為60min。