[发明专利]一种黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料及其制备方法，所述黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料按如下方法制备：将源于江西广丰区黑滑石矿物材料进行破碎和球磨处理后，采用超声剥离的方式制备薄的黑滑石纳米片，将黑滑石纳米片采用三次酸法处理得到衍生出的氟化碳，另一方面，采用溶剂热法合成磷酸锰锂，将氟化碳包覆在磷酸锰锂颗粒表面，合成出新型的氟化碳/磷酸锰锂正极材料；该方法制备得到的正极材料具有高比容量和良好的倍率性能。

技术领域

本发明属于无机储能材料技术领域，具体涉及一种黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

通常而言，氟化碳材料是通过氟气与碳材料在高温下直接反应获得，更高的反应温度可以得到更高的氟含量(0.5x1)，但是过高的温度会引起氟化碳的分解，因此通常反应温度要低于600℃。通常而言CF_x中的F含量一般不会超过1，但是当我们采用无定形碳和高度无序化碳材料时，F的含量可能会超过1，产生CF₂和CF₃等官能团，但是这些官能团的反应活性低于CF。因此，石墨材料或其他高度石墨化的材料更加适合作为制备氟化碳的原材料。

黑滑石是一种层状粘土矿物，在我国江西广丰储量巨大，储量高达10亿吨，居世界之首，其主要化学成分为Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂，因含有类石墨烯的有机质，而呈现黑色或灰黑色。相比白滑石，黑滑石的(001)面衍射峰的d值之所以偏大，是因为黑滑石晶体层间出现了“多余层类石墨烯碳层”。因此，黑滑石可作为原料来合成氟化碳材料。

LiMnPO₄，是一种天然矿物或者人工合成的三元锂电池电极材料。磷酸锰锂具有橄榄石结构，典型的斜方晶系(空间群：Pmnb)，相变点约为760摄氏度，在较高温度下仍能保持其晶体结构。其一维通道可以使锂离子嵌入和脱出，从而使得其可以作为一种锂离子电池的正极材料。磷酸锰锂的密度约为水的3.50倍，磷酸锰锂电导率极低，比磷酸铁锂还要低2-3个数量级，自然界下有稳定存在的磷酸锰锂矿物。磷酸锰锂具有171mAh/g的比容量以及4.1V左右的放电平台(vs Li/Li+)，这也使得磷酸锰锂成为了新一代锂离子动力电池的理想材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料具有良好的电学性能特性。

本发明的技术方案如下：

一种黑滑石衍生氟化碳包覆磷酸锰锂的锂离子电池正极材料，按如下方法制备得到：

(1)将黑滑石矿物原材料进行破碎，球磨，超声剥离，得到黑滑石纳米片；

所述黑滑石矿物原材料源于江西广丰区；所述黑滑石矿物原材料经球磨机球磨，在40kHz超声仪下超声剥离0.5～1h，得到黑滑石纳米片；所得黑滑石纳米片的粒径为100～300nm，优选100～200nm；

(2)将黑滑石纳米片分三次进行酸处理：第一次采用盐酸处理去除碳酸盐；离心后，第二次采用氢氟酸处理去除所有硅类物质；再次离心后，第三次采用硝酸处理，离心干燥后得到氟化碳材料；

第一次酸处理中，盐酸浓度为5～10M，时间为2～8h，温度为室温(20～30℃)；优选盐酸浓度为5～8M，时间为2～6h，温度为室温；

第二次酸处理中，氢氟酸浓度为2～6M，时间为10～15h，温度为20～80℃；优选氢氟酸浓度为3～6M，时间为12～15h，温度为50～80℃；

第三次酸处理中，硝酸浓度为2～6M，时间为10～25h，温度为20～50℃；优选硝酸浓度为3～6M，时间为20～25h，温度为30～50℃；