[发明专利]一种高容量磷酸锰锂复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高容量磷酸锰锂复合正极材料的制备方法，包括：将磷源、锂源、锰源、金属源、碳源和助剂，进行水热或溶剂热反应，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体进行烧结，得到高容量磷酸锰锂复合正极材料。本发明提供的复合正极材料的制备方法工艺过程简单、分散均匀，能够调整材料的形貌、离子/电子电导，有利于锂离子快速、可逆的嵌入和脱嵌，有利于锂离子在固相中的快速扩散。本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的高容量磷酸锰锂复合正极材料，这种复合正极材料的容量高、倍率性能和循环稳定性优异。

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，尤其涉及一种高容量磷酸锰锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

能源和环境问题是制约当今社会发展的两大难题，锂离子电池作为绿色环保的储能材料也受到世界各国的重视，开发高性能的正极材料已成为锂离子电池产业研究的重要核心。由于LiMnPO₄具有较LiFePO₄更高的放电电压平台(4.1VvsLi⁺/Li)，具有比LiFePO₄更高的能量密度。但是，LiMnPO₄离子/电子电导率极低，导致其性能难以发挥，理论上170mAh/g比容量能发挥60％都比较困难。因此，提高LiMnPO₄材料的离子/电子电导率是提升材料大电流充放电性能和体积能量密度的关键。

目前，合成LiMnPO₄主要有固相反应法、液相共沉积法、溶胶凝胶法、水热法和喷雾干燥法。其中，高温固相反应法使用的最为广泛，最适合进行工业化生产。如现有技术公开了一种正极材料的制备方法，包括：将磷酸二氢锂、草酸铁锰、酚醛树脂、油酸置于乙醇中球磨混合干燥；将得到的混合物置于管式炉中在氩气气氛下煅烧，得到碳包覆的LiFe_0.5Mn_0.5PO₄材料。这种方法不能实现材料的晶面选控，制备得到的复合正极材料的电学性能较差。又如现有技术公开了用二甲基亚砜作为辅助剂，聚乙烯吡咯烷酮作为防结剂，共沉淀法合成LiMn_0.8Fe_0.2PO₄材料。这种方法使用的有机溶剂较贵，用完难以回收。又如现有技术公开一种将醋酸锰和柠檬酸溶液混合后，加入氯化铁溶液和磷酸二氢铵溶液，接着滴加氢氧化锂溶液得到黄褐色湿溶胶，干燥焙烧后合成了LiMn_0.5Fe_0.5PO4材料。这种方法所需的时间比较长，在干燥过程中会逸出许多气体和有机物，污染环境。

因此，如何获得一种制备方法简单而且电化学性能较好的含碳磷酸锰锂正极材料成为本领域技术人员研究的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高容量磷酸锰锂复合正极材料及其制备方法，本发明提供的方法制备磷酸锰锂复合正极材料工艺简单，而且制备得到的磷酸锰锂复合材料电化学性能较好。

本发明提供了一种高容量磷酸锰锂复合正极材料的制备方法，包括：

将磷源、锂源、锰源、金属源、无机碳源、有机碳源和助剂，进行水热或溶剂热反应，得到正极材料前驱体；

将所述正极材料前驱体进行烧结，得到高容量磷酸锰锂复合正极材料。

在本发明中，所述反应之前优选将磷源、锂源、锰源、金属源、无机碳源、有机碳源和助剂在水或溶剂中混合，实现分子水平混匀。

在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下，所述搅拌的时间优选为50～70min，更优选为55～65min，最优选为60min。