[发明专利]一种纳米级锂离子电池复合正极材料LiMnPO4/C的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及了一种纳米级锂离子电池复合正极材料LiMnPO₄/C的合成方法。 

背景技术

动力型锂离子电池越来越被全球电池业及相关产业看好，而开发高性能锂离子电池储能电极材料已成为锂离子电池产业研究的重要核心之一。近来聚阴离子型正极材料的问世，以其具有安全性好、循环更稳定等优点而成为锂离子动力电池正极材料的研究热点，LiFePO₄以资源丰富、价格低廉、环境友好、长寿命与高安全性引起了人们的极大兴趣。受到LiFePO₄成功的鼓舞，同属于正交晶系的橄榄石型LiMnPO₄也受到了关注。由于LiMnPO₄具有更高的电压平台（4.1V vs Li⁺/Li），LiMnPO₄比LiFePO₄具有更高理论能量密度的。而LiMnPO₄的能量密度被认为是在碳酸酯基电解液的电化学稳定窗口下所能达到的最大能量密度。然而，与LiFePO₄相比，LiMnPO₄具有更低的锂离子扩散系数（离子电导率）和更低的电子电导率，而导致材料的可逆性差，倍率性能不好。因此，提高磷酸锰锂材料的大电流充放电性能和体积能量密度是推动其应用的研究关键。 

目前碳包覆改性工艺是改善LiMnPO₄电化学性能最实用和有效的手段，人们普遍采用溶胶凝胶法、水热法、喷雾热解法等合成纳米级的LiMnPO₄同时实现改性途径。从目前的报道来看，选择的碳包覆 量大多在20wt％～35wt％之间。瑞士HPL公司了发布了一种制备LiMnPO₄/C材料的方法（UK 2007/093856），该方法基于有机盐体系的溶胶-凝胶法获得LiMnPO₄材料，经过高能球磨与导电炭混合后获得LiMnPO₄/C材料，添加20％乙炔黑的复合材料在1C和5C倍率下的放电比容量分别在120mAh/g和80mAh/g以上。但溶胶凝胶法工业化生产难度较大、合成周期较长。Seung-Min Oh等(Oh S W，Yoon C S，Scrosati B，Amine K，Sun Y K.High-performance carbon-LiMnPO₄ nanocomposite cathode for lithium batteries[J].Adv.Funct.Mater.2010，20：3260-3265)研究了乙炔黑对纳米尺度LiMnPO₄改性效果，先用超声热解获得了LiMnPO₄材料，再经过高能球磨与乙炔黑复合制备纳米级C-LiMnPO₄正极材料，研究表明，乙炔黑的最佳掺入量为30wt％。然而，过多的碳加入量会极大地降低材料的体积能量密度和材料的加工涂覆性能。而且由于大部分碳包覆过程不是原位复合而是LiMnPO₄材料结晶后再与导电碳混合，不能保证导电碳紧密包裹在磷酸锰锂表面和均匀分散颗粒间。 

发明内容

针对LiMnPO₄材料在电导特性、倍率性能及材料设计合成中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米级锂离子电池复合正极材料LiMnPO₄/C的合成方法，可原位合成结晶相LiMnPO₄/C，可较好的改善锂磷酸盐材料的离子-电子电导率，具有物理性能优良，倍率循环性能好的特点。 

本发明的方法是以较高沸点多元醇为还原剂和分散剂，提供一种原位合成结晶相LiMnPO₄/C的方法。将机械活化得到的前驱料浆在高 沸点多元醇回流体系中一步完成LiMnPO₄/C材料的合成，然后经过高温热处理进一步完善材料的结晶性能，获得结构稳定的LiMnPO₄/C正极复合材料，改善锂磷酸盐材料的离子-电子电导率，使其成为高能量密度的锂离子电池正极材料。 

为实现上述目的，本发明的技术方案为，本发明所述的纳米级锂离子电池复合正极材料LiMnPO₄/C的合成方法步骤如下：