[发明专利]一种多元掺杂氟磷酸盐正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多元掺杂氟磷酸盐正极材料的制备方法，属于电极材料技术领域，属于电极材料技术领域，该制备方法包括如下步骤：S1、将磷酸氢铵、五氧化二钒和偏钒酸铵的混合物、石墨烯和葡萄糖混合，加水砂磨，得到浆料；S2、将浆料经喷雾干燥，高温烧结，气流粉碎，得到粉碎物料；S3、将粉碎物料、氟化锂、四氧化三锰、碳酸锂、纳米碳管和无氧化二铌混合，加水砂磨，经喷雾干燥，得到干粉；S4、将干粉与纳米氧化铝高速混合，高温烧结，粉碎，得到多元掺杂氟磷酸盐正极材料。该多元掺杂氟磷酸盐正极材料具有的导电性能优异、加工性能良好、且点位高、能量密度高、循环以及倍率性能优异的特点。且制备工艺简单，适合规模化的工业生产。

技术领域

本发明涉及电极材料合成技术领域，尤其涉及一种多元掺杂氟磷酸盐正极材料的制备方法。

背景技术

随着化石能源资源的短缺以及由其带来的环境问题日益突出，可再生能源的开发利用已经成为人类的必然选择。但是，可再生能源的随机性与间歇性特征要求其必须经过储能设备(例如储能电池)后才能进入电网。锂离子电池自1990年问世以来，不仅在便携式电子产品中得到广泛应用，而且在电动汽车和电力储能系统中的应用也越来越受到重视。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，对电池性能和成本有着非常重要的影响，因此必须在保证正极材料寿命、成本和安全性的前提下显著提高其导电性、加工性能、能量密度等。

目前市场化的锂离子电池正极材料主要以磷酸铁锂为主，但是磷酸铁锂存在离子传导率和电子电导率偏低、比能量不足等问题，成为制约磷酸铁锂电池大规模应用的关键因素。

近年来，橄榄石结构的磷酸锰锂(LiMnPO4)材料因具有放电电压高、功率密度大等优点作为锂电池正极材料已得到了广泛的研究。但 LiMnPO₄电导率较低，且锰元素在电解液中易分解等。需对其进行改进，包括：(1)减低材料颗粒大小，如合成纳米级的材料；(2)对材料进行改性，掺杂其他导电性好的金属元素或者粉末、对材料进行碳包覆等。

研究表明掺氟是一种有效的改进方法，例如中国专利 CN104934600A公开了一种多元复合磷酸盐纳米正极材料及其制备方法，该多元复合磷酸盐纳米正极材料的结构式为： Li_1.01Mn_xFe_0.98-xCo_0.01Ni_0.01PO₄F_0.01/C，其中，0≤x≤0.98。通过在两个不同反应阶段加入氟化剂，提高了掺氟效率，提高了材料的循环性能。但上述多元复合磷酸盐纳米正极材料存在结构导电性差，加工性能不好，且点位低、能量密度低等缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种多元掺杂氟磷酸盐正极材料的制备方法。该制备方法得到的多元掺杂氟磷酸盐正极材料具有结构导电性优异、加工性能好、且点位高、能量密度高、循环性能优异等特点。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种多元掺杂氟磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将磷酸氢铵、五氧化二钒和偏钒酸铵的混合物、石墨烯和葡萄糖混合，然后加入去离子水，在卧式砂磨机中砂磨3～6h，得到浆料；

S2、将步骤S1得到的浆料采用气流喷雾干燥机进行喷雾干燥，然后将得到的干燥颗粒在氮气气氛保护下，升温至720～780℃，恒温烧结6～9h，之后将得到的烧结产物气流粉碎，得到粉碎物料；

S3、将步骤S2得到的粉碎物料、氟化锂、四氧化三锰、碳酸锂、纳米碳管和无氧化二铌混合均匀，再加入去离子水，砂磨3～6h，得到混合物料，然后将得到的混合物料喷雾干燥，得到干粉；