[发明专利]一种纳米磷酸锰锂/碳正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米磷酸锰锂/碳正极材料及其制备方法，该材料中，碳包覆在磷酸锰锂颗粒表面，碳含量为8‑15 wt.%。制备方法是：以含锰化合物、磷酸盐为原料，柠檬酸为螯合剂，采用溶胶凝胶法在600‑750℃惰性气氛热处理0.5‑2 h得到Mn2P2O7/C前驱体；将Mn2P2O7/C前驱体与含锂化合物混合，550‑850℃惰性气氛下热处理6‑12 h，得到LiMnPO4/C纳米颗粒，产物纯度高、结晶完美并且展示了优异的电化学性能。碳在Mn2P2O7颗粒表面的预包覆能有效抑制锂化过程中LiMnPO4颗粒的生长且改善了材料的电子导电性。该方法简单易行，成本低廉，环境友好，适于大规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种纳米磷酸锰锂/碳正极材料及其制备方法。

背景技术

由于具有工作电压高、工作范围宽、能量密度大、环境友好、无记忆效应等优点，锂离子电池被广泛地应用在生产与生活的诸多领域，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴式智能设备(谷歌眼镜、智能手表等)以及电动汽车、通信基站、智能电网等大型储能领域。一般地，锂离子电池是由正极材料、隔膜、负极材料与电解液组成。使用锂离子电池作为单一能量源，要求其能够储存和释放更高的能量，这对电池材料特别是正极材料提出了更高的要求。与负极材料相比，正极材料的发展相对滞后。在对高能量密度和高功率输出动力电源迫切需求的形势下，开发更为合适的高电位正极材料已成为目前锂离子电池的重中之重。

橄榄石型磷酸锰锂(LiMnPO4)由于具有高的氧化还原电位(4.1V vs.Li/Li+)，高的理论容量170mAh g-1(理论能量密度高达701Whkg-1)以及良好的热稳定性、电化学稳定性与安全性，而受到研究者重点关注。而且，LiMnPO4适用于现有锂离子电解液体系的稳定窗口(LiMnPO4充放电区间一般为2.3-4.5V vs.Li/Li+)，在同等比放电容量下，其能量密度比商业化的LiFePO4材料高出近20％。此外，我国锰资源丰富、生产成本低、环境友好。因此，自被发现以来，LiMnPO4已发展成为一种极具应用潜力的正极材料。然而，LiMnPO4正极材料面临的最大问题是锂离子扩散系数和电子导电性(<10-10S cm-1)较低，进而导致其较低的比容量和差的倍率性能。甚至在小电流充放电下，依然难达到理论比容量。