[发明专利]一种锂离子电池用磷酸锰锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别是涉及一种高性能锂离子电池用磷酸锰锂正极材料及其制备方法，属于离子电池材料技术领域。

背景技术

锂离子电池在笔记本电脑、手机、MP₃等便携式电子产品中应用广泛。随着大型动力锂离子电池技术的快速进步，锂离子电池在电动汽车、电动自行车、电动工具等领域也展现出巨大的发展前景。锂离子电池正极材料是锂离子电池的核心关键材料。

用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂及LiFePO₄。这些组成锂离子电池正极材料的金属元素中，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，铁(Fe)最便宜。1996年A.K.Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO₄)，它比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。采用LiFePO₄作正极的磷酸铁锂电池性能优异，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。但研究发现，将具有同样橄榄石结构的磷酸锰锂材料的导电率提高到90～100西门子/厘米后，磷酸锰锂比磷酸铁锂更有前途。其主要的优势如下：首先，磷酸锰锂输出电压能达到4.1～4.5伏，磷酸铁锂只有3.4～3.7伏，能量密度比磷酸铁锂高30％以上；其次，磷酸铁锂的生产必须在隔绝空气的保护气中反应操作，条件要求苛刻。而磷酸锰锂空气中稳定性好，暴露在空气中不会氧化变色，可以简化合成生产条件；磷酸锰锂能量密度适中，约为170毫安·时/克；锰盐比钴盐和镍盐都便宜，资源也相对比较丰富；再者，磷酸锰锂非常安全，Mn³⁺的氧化性很弱，对电解液更安全。

目前关于锂电池正极材料磷酸锰锂的制备方法已有报道，例如：中国专利，CN101320809A岳敏等，《锂离子电池正极材料磷酸锰锂及其制备方法》，其制备步骤主要包括：纳米颗粒的制备，液相混合反应，前躯体的制备，焙烧处理，包覆有机物。此发明与现有技术相比，通过碳液相包覆改善磷酸锰锂的电子电导性，碳对活性材料的包覆充分均匀，有效地阻止了颗粒团聚，具有4V左右的放电电压、较高的充放电容量、优异的循环稳定性，安全性，工艺简单，成本低，对环境影响小；中国专利，CN101504994A张贵萍等，《磷酸锰锂或硅酸锰锂动力型电池及其正负极的制造方法》，其特征主要包括：在80重量份去离子水中加入0.1～3.5重量份阿拉伯胶和0.1～3重量份改性聚氧化乙烯并高速搅拌1小时；然后再加入100重量份磷酸锰锂或硅磷锰锂粉状料并高速搅拌2小时，得到正极活性材料的涂布浆料，用于极片的涂布制造；中国专利，CN101673819A王丽等，《一种以磷酸锰制备磷酸锰锂/碳复合材料的方法》，其特征主要包括：先制备活性的磷酸锰(MnPO₄)，然后将活性磷酸锰和锂源混合，并加入碳源，将上述物质球磨后，进行喷雾干燥，干燥后的粉末在保护性气氛下进行热处理，升温至300～850℃，煅烧2～12小时，然后自然冷却，得到磷酸锰锂/碳复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锂离子电池用磷酸锰锂正极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所给出的一种锂离子电池用磷酸锰锂正极材料是以锰源、磷源、锂源和碳源为原料，且使Mn∶P∶Li的摩尔比为1∶1∶(1～1.05)，碳源的掺量为磷酸锰锂产物质量的0.1～50％。

在上述锂离子电池用磷酸锰锂正极材料技术方案中，所述的锰源为磷酸锰、草酸锰、氢氧化锰、碳酸锰中至少一种。

在上述锂离子电池用磷酸锰锂正极材料技术方案中，所述的磷源为五氧化二磷、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中至少一种。

在上述锂离子电池用磷酸锰锂正极材料技术方案中，所述的锂源为氯化锂，溴化锂、硫酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、叔丁基锂中至少一种。

在上述锂离子电池用磷酸锰锂正极材料技术方案中，所述的碳源为糊精、淀粉、环氧树脂、纤维素、焦炭、煤沥青、聚乙烯醇中至少一种。

为实现上述目的，本发明还给出了一种锂离子电池用磷酸锰锂正极材料的制备方法，该磷酸锰锂正极材料的制备工艺如下：