[发明专利]一种锂离子电池用纳米级碳复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用纳米级碳复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）制备纳米级草酸锰前驱体；（2）制备纳米级草酸亚铁前驱体；（3）将所述前驱体和锂源、碳源、磷源混合研磨或者砂磨获得浆料；（4）叫所述浆料喷雾干燥造粒，获得半成品粉体；（5）将所述半成品粉体在保护气体氛围烧结；（6）将所述烧结后的粉体，经过粉碎得到纳米级磷酸锰铁锂正极材料。通过此方法合成得到的纳米级磷酸锰铁锂正极材料同时具备了高容量和长循环寿命。本发明提出的纳米级磷酸锰铁锂制备方法，使用纯水系溶剂，工艺简单环保，具备大规模生产的条件，可为锂离子电池厂家提供高容量、长寿命磷酸锰铁锂电池优质正极原材料。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，是一种锂离子电池用纳米级碳复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

在电动自行车领域，磷酸锰铁锂已成为锂离子电池研究的重点材料之一。在磷酸锰铁锂的复合技术上，比如将锰酸锂和磷酸锰铁锂混掺，使电池的低温、安全、循环等性能有不错的提升。同样通过使用磷酸锰铁锂包覆三元材料，可以改善三元材料的安全性能、低温性能及成本，也可以拓宽三元材料本身的应用领域。

不过磷酸锰铁锂也存在性能缺陷和产业化瓶颈：1）导电性能较差：锰接近绝缘体的特性导致磷酸锰铁锂的导电性能较差，磷酸锰锂电导率为 10--(-14)S/cm，与磷酸铁锂相比 存在数量级差异；2）压实密度较低：为了提升锰铁锂导电性，需要将材料粒径做到相对较小，从而导致成品的压实密度相对较低，如果磷酸锰铁锂的压实密度低于磷酸铁锂，则将弱化电压平台提升带来的收益；3）循环性能较差：一方面由于锰元素的存在，锂离子脱嵌与移动难度上升，从而导致较差的导电性能，另一方面由于常规电解液体系与锰发生副反应，表面形成钝化层，两方面因素共同造成锰铁锂的循环性能降低。相对于磷酸铁锂的半导体性能，磷酸锰铁锂是绝缘体，要求具备更小的一次颗粒，配合导电剂才能提升其导电性能。目前磷酸锰铁锂受限于其较低的导电性能与倍率性能，商业化的进程缓慢。

针对目前存在的产业化瓶颈，理论上可以通过小粒径、碳包覆以及添加碳纳米管来改善导电性能，通过烧结工艺优化提升压实密度，以及通过补锂技术提升循环性能。不过本质上是要做到性能指标的平衡以及成本的可控性，例如液相法更利于做出小粒径材料，但需要通过烧结二次结晶以提升压实密度；碳纳米管的添加、补锂技术的应用会改善导电性能、循环次数，但也要考虑工艺、材料应用所带来成本增加。

目前将磷酸锰铁锂纳米化是提高其性能的研究路径之一，较小的粒径可以增大比表面积，有利于锂离子扩散，改善倍率性能，进而提升其电化学性能。

发明内容

基于以上技术背景，本发明提供了一种锂离子电池用纳米级碳复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，为制备高容量、长寿命的磷酸锰铁锂电池提供了优质正极材料。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种锂离子电池用纳米级碳复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备纳米级草酸锰前驱体；在草酸和锰源的摩尔比为1.0~1.5：1.0的条件下，将配制好的质量百分比浓度为5%~75%的草酸溶液、锰源和分散剂，在搅拌转速为100rpm-1000rpm的状态下，20℃-90℃保温反应1h-5h，待反应体系中生成白色沉淀后进行压滤，使用纯水洗涤，然后将滤渣在温度为100℃-200℃下脱水干燥1h-8h，得到纳米级别的草酸锰前驱体；

所述的锰源是一氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰、碳酸锰、氢氧化锰中的一种或者它们的几种组合；

所述的分散剂为PEG2000、PEG4000、PEG6000、聚乙烯蜡中的一种或几种；所述的分散剂质量分数为0.1%~10%；