[發明專利]一種磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法

有效

• 申請號: 202110289750.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113060715B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張克強;姚亞林;叢日新
• 申請（專利權）人: 河北九叢科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;C01B23/45
• 代理公司: 河北知亦可為專利代理事務所(特殊普通合伙) 13115
• 代理人: 周大偉

本發明涉及鋰離子電池技術領域，提出了一種新型磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法，包括以下步驟：S1、將二氧化錳、磷酸、水置于容器內攪拌，加入苯胺，繼續攪拌得到聚苯胺；S2、稱取鐵源、鋰源、碳源、有機助劑，加入到聚苯胺中，進行研磨攪拌；S3、空氣氣氛下干燥、煅燒，得到前驅體；S4、將前驅體中再次加入碳源，并加入研磨介質，研磨得到研磨漿料；S5、將研磨漿料真空干燥得反應粉料；S6、反應粉料保護氣氛下燒結后降溫到室溫，粉碎、過篩，得到聚苯胺/碳包覆的磷酸鐵錳鋰離子電池正極材料。通過上述技術方案，解決了現有技術中的放電容量比低，循環穩定性差的問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體的，涉及一種新型磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法。

背景技術

近來，三元正極材料(LiNiCoMnO₂)由于具有較高的放電容量，較大的重量和體積比能量，環保性好，毒性小等優點成為了當今產業和應用的熱點。它結合了LiCoO₂的優良的循環性能，LiNiO₂的高放電容量，以及LiMnO₂優異的安全性能，成為了高能量密度混合動力汽車用鋰離子電池正極材料。但是三元材料最大的問題是容易析氧，造成電池體系的燃燒和爆炸。隨著電動汽車的產量增加，爆炸和著火現象越來越多，人們開始謹慎使用三元材料。

磷酸鐵鋰材料是1997年被發現的，由于以磷酸鐵鋰制造的鋰離子電池具有極好的安全性，成本性，資源性，以及良好的循環性能等優點成為了當今研究的熱點。在大型電動汽車、儲能電站和軍事用途等方面都具有廣泛的應用前景。磷酸鐵鋰正極的主要缺點，是平臺電壓只有3.2V，距離三元材料、鈷酸鋰和錳酸鋰的3.7V電壓偏低了30％左右。這樣會造成電池體系的比能量降低，成本升高。如何提高磷酸鹽正極材料的體系電壓，成為學術界和產業界主要的研究熱點之一。

實驗發現，磷酸鐵鋰中摻入錳離子后，鋰離子電池電壓放電平臺可以達到4V左右，中值放電電壓可以提高到3.7-3.8V，已經與三元正極材料相當。但是，目前制造磷酸錳鐵鋰正極材料的離子電導率和電子電導率都非常低，導致材料的容量難以發揮，并且部分錳離子發生歧化反應溶解在電解液中，導致材料循環性能變差，同時材料因為比表面積高而導致的加工困難等問題。

傳統的該材料體系合成，一般采用碳酸錳，草酸亞鐵，碳酸鋰等作為原料，以上材料的加工難度較大，特別是研磨過程中極易變質，造成漿料粘度大幅度增加，研磨效率下降，從而導致材料的微觀成分不均勻，造成材料的電化學性能不佳。另外由于碳微孔效應，造成比表面積較大，對后續加工涂布過程中帶來一定難度。

聚苯胺導電聚合物是良好的導電劑材料，具備良好的導電性能、較好的鋰離子傳輸性能、獨特優異的交聯網狀結構,對改善電池容量發揮、高倍率充放電以及循環性能等具有重要的意義。然而聚苯胺在實際的生產運用中，多采用(NH₄)₂S₂O₈引發聚合從而簡單包覆磷酸鐵鋰，由此帶來的過多過剩雜質對正極材料的循環充放電帶來不良副反應，從而影響了電芯的容量發揮，并縮短了電池使用壽命。另一方面，改性效果一般的聚苯胺對加強磷酸鐵錳鋰的導電效果所起的作用一般，沒有充分協作發揮導電效果。此外，簡單地包覆磷酸鐵鋰材料，由于磷酸鐵錳鋰粒徑不一致，大小分布不均，導致正極材料導電效果不勻稱，容易在多次循環以后導致局部失效。

發明內容

本發明提出一種新型磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法，解決了現有技術中的放電容量比低，循環穩定性差的問題。

本發明的技術方案如下：

一種新型磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化錳、磷酸、水置于容器內攪拌2～4h，加入苯胺，繼續攪拌1～2h，得到聚苯胺；

S2、稱取鐵源、鋰源、碳源、有機助劑，加入到聚苯胺中，進行研磨攪拌4～12h；