[發明專利]一種鋰離子電池用納米級碳復合磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法

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• 申請號: 202210241338.0
• 申請日: 2022-03-13
• 公開（公告）號: CN114649517A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 丁建民;張軍
• 申請（專利權）人: 江蘇樂能電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明提供了一種鋰離子電池用納米級碳復合磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：（1）制備納米級草酸錳前驅體；（2）制備納米級草酸亞鐵前驅體；（3）將所述前驅體和鋰源、碳源、磷源混合研磨或者砂磨獲得漿料；（4）叫所述漿料噴霧干燥造粒，獲得半成品粉體；（5）將所述半成品粉體在保護氣體氛圍燒結；（6）將所述燒結后的粉體，經過粉碎得到納米級磷酸錳鐵鋰正極材料。通過此方法合成得到的納米級磷酸錳鐵鋰正極材料同時具備了高容量和長循環壽命。本發明提出的納米級磷酸錳鐵鋰制備方法，使用純水系溶劑，工藝簡單環保，具備大規模生產的條件，可為鋰離子電池廠家提供高容量、長壽命磷酸錳鐵鋰電池優質正極原材料。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，是一種鋰離子電池用納米級碳復合磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術

在電動自行車領域，磷酸錳鐵鋰已成為鋰離子電池研究的重點材料之一。在磷酸錳鐵鋰的復合技術上，比如將錳酸鋰和磷酸錳鐵鋰混摻，使電池的低溫、安全、循環等性能有不錯的提升。同樣通過使用磷酸錳鐵鋰包覆三元材料，可以改善三元材料的安全性能、低溫性能及成本，也可以拓寬三元材料本身的應用領域。

不過磷酸錳鐵鋰也存在性能缺陷和產業化瓶頸：1）導電性能較差：錳接近絕緣體的特性導致磷酸錳鐵鋰的導電性能較差，磷酸錳鋰電導率為 10--(-14)S/cm，與磷酸鐵鋰相比 存在數量級差異；2）壓實密度較低：為了提升錳鐵鋰導電性，需要將材料粒徑做到相對較小，從而導致成品的壓實密度相對較低，如果磷酸錳鐵鋰的壓實密度低于磷酸鐵鋰，則將弱化電壓平臺提升帶來的收益；3）循環性能較差：一方面由于錳元素的存在，鋰離子脫嵌與移動難度上升，從而導致較差的導電性能，另一方面由于常規電解液體系與錳發生副反應，表面形成鈍化層，兩方面因素共同造成錳鐵鋰的循環性能降低。相對于磷酸鐵鋰的半導體性能，磷酸錳鐵鋰是絕緣體，要求具備更小的一次顆粒，配合導電劑才能提升其導電性能。目前磷酸錳鐵鋰受限于其較低的導電性能與倍率性能，商業化的進程緩慢。

針對目前存在的產業化瓶頸，理論上可以通過小粒徑、碳包覆以及添加碳納米管來改善導電性能，通過燒結工藝優化提升壓實密度，以及通過補鋰技術提升循環性能。不過本質上是要做到性能指標的平衡以及成本的可控性，例如液相法更利于做出小粒徑材料，但需要通過燒結二次結晶以提升壓實密度；碳納米管的添加、補鋰技術的應用會改善導電性能、循環次數，但也要考慮工藝、材料應用所帶來成本增加。

目前將磷酸錳鐵鋰納米化是提高其性能的研究路徑之一，較小的粒徑可以增大比表面積，有利于鋰離子擴散，改善倍率性能，進而提升其電化學性能。

發明內容

基于以上技術背景，本發明提供了一種鋰離子電池用納米級碳復合磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，為制備高容量、長壽命的磷酸錳鐵鋰電池提供了優質正極材料。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：一種鋰離子電池用納米級碳復合磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備納米級草酸錳前驅體；在草酸和錳源的摩爾比為1.0~1.5：1.0的條件下，將配制好的質量百分比濃度為5%~75%的草酸溶液、錳源和分散劑，在攪拌轉速為100rpm-1000rpm的狀態下，20℃-90℃保溫反應1h-5h，待反應體系中生成白色沉淀后進行壓濾，使用純水洗滌，然后將濾渣在溫度為100℃-200℃下脫水干燥1h-8h，得到納米級別的草酸錳前驅體；

所述的錳源是一氧化錳、二氧化錳、四氧化三錳、碳酸錳、氫氧化錳中的一種或者它們的幾種組合；

所述的分散劑為PEG2000、PEG4000、PEG6000、聚乙烯蠟中的一種或幾種；所述的分散劑質量分數為0.1%~10%；