[发明专利]锂离子电池用碳复合磷酸锰铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用碳复合磷酸锰铁锂的制备方法。

背景技术

新能源和可再生能源技术被公认是21世纪最重要的高新技术产业，其中电化学储能体系的发展方向为大容量、高功率和长寿命。锂离子电池体系是近些年出现的新型储能体系，具有重量轻、储能大、功率大、安全性能好、寿命长、自放电系数小等优点，已深入到人们生活的方方面面，广泛应用于手机、数码相机、摄像机、笔记本电脑、玩具、电动工具等等，是目前具有最高比能量的实用化二次电池体系。如今，锂离子电池在混合动力车（PHEV）、电动车（EV）上的应用研发在世界范围内成为一大热点。巨大、高速增长的市场对锂离子电池提出高比能、长寿命的迫切要求，锂离子电池性能的提高成为行业发展的关键，而限制锂离子电池发展的最大瓶颈就是锂离子电池正极材料。

传统的层状正极材料钴酸锂（LiCoO₂）、镍酸锂（LiNiO₂）等在高氧化态时，其化学/电化学稳定性很差；而尖晶石结构的锰酸锂（LiMn₂O₄）在高温存储时会溶解在电解液中，从而导致容量快速衰降。这些材料的本身固有的安全问题限制了其在电动车上的应用。橄榄石结构的磷酸盐材料（LiMPO₄，M=Ni、Co、Mn、Fe等）具有成本低、结构稳定、高安全性、环境友好等特点而吸引了广大研究学者的关注。这种材料中氧离子（O^2-）与磷离子（P⁵⁺）之间的强共价键使得橄榄石结构在锂离子脱出、嵌入过程中非常稳定，而且能够阻止氧原子与电解液之间的氧化反应，使得这种材料即使在滥用的条件下也不会有氧析出，避免了长期存储过程中易发生内部短路的问题，非常安全。磷酸铁锂（LiFePO₄）就是其中的典型代表，目前已开始商业化生产和应用。然而LiFePO₄的能量密度较低，其对锂/锂离子（Li/Li⁺）的电位只有3.45V。同是橄榄石结构的磷酸锰锂（LiMnPO₄）材料，其+2价锰离子/+3价锰离子（Mn²⁺/Mn³⁺）对Li/Li⁺的电位是4.1V，比LiFePO₄高0.65V。因此LiMnPO₄的理论能量密度（701Wh/kg=171mAh/g×4.1V）是LiFePO₄理论能量密度（586Wh/kg=170mAh/g×3.45V）的1.2倍，而且LiMnPO₄的电位位于现有通用电解液体系的稳定电化学窗口内，未来应用前景广泛，因此备受关注。但这种材料的导电性差，磷酸锰铁锂LiFe_1-xMn_xPO₄（0＜x＜1）是在LiMnPO₄改性的基础上发展起来的，由于Fe²⁺的引入而使磷酸锰铁锂LiFe_1-xMn_xPO₄（0＜x＜1）导电性比LiMnPO₄大大提高，因此前景更加光明。