[发明专利]低比表面积碳纳米管磷酸盐类嵌锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池正极材料技术领域，具体涉及一种低比表面积碳纳米管原位复合橄榄石型磷酸盐类嵌锂正极材料及其制备方法。

背景技术

橄榄石型磷酸盐类嵌锂化合物LiMxNyPO₄(M，N＝Fe，Co，Mn，Ni，Cr，V，Nb，Mg，Zn，Cu，Ti，W；1＝x+y，x＝0～1)由于具有安全、绿色环保、原料丰富及无记忆性，使其成为新一代锂离子电池正极材料的首选；但其自身导电率比较低，如磷酸铁锂的电子电导率在10^-9m/s数量级，限制了其应用。因此有必要对橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料改性。国内外已公开橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料碳包覆或纳米碳原位复合专利，但此法得到的磷酸铁锂比表面积太大，不利于橄榄石型磷酸盐类嵌锂的制浆与涂布。且生产工艺复杂，不利于产业化。

专利200910043208.0公开了一种合成原料中添加Fe、Co、Ni等催化剂合成磷酸铁锂/纳米碳管复合材料的方法，但该方法催化剂中的Fe、Co、Ni等单质金属颗粒最终会残留在磷酸铁锂正极材料中，造成磷酸铁锂电池自放电。专利201010130909.0中提出使用碳源气体合成磷酸铁锂/碳纳米管复合材料的方法。此法工业化比较困难，只能使用在管式炉中，均匀性及批量稳定性不能保证。专利201010288610.8公开了一种先通过液相法制得磷酸铁锂，然后在溶液中与纳米无定形碳充分混合，最后烧结的方法。此法无定形纳米碳的包覆效果、批量稳定性有待提高。专利201110397625.2公开了一种的原料中添加Fe、Co、Ni等催化剂及使用碳源性气体合成磷酸锰锂/纳米碳管复合材料的方法，但该方法催化剂中的Fe、Co、Ni等单质金属颗粒最终会残留在磷酸锰锂正极材料中，造成磷酸锰锂电池自放电；使用碳源性气体使得该技术工业化比较困难，只能使用在管式炉中，均匀性及批量稳定性不能保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低比表面积碳纳米管原位复合的橄榄石型磷酸盐类嵌锂正极材料，其不但具有导电率高，大倍率性能优异，而且具有较低的比表面积。

本发明的目的还在于提供一种低比表面积碳纳米管原位复合的橄榄石型磷酸盐类嵌锂正极材料的制备方法，通过在原材料中加入碳纳米管或已分散好的碳纳米管浆料，制备低比表面积碳纳米管原位复合的橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料。

一种低比表面积碳纳米管磷酸盐类嵌锂正极材料，该正极材料由以下重量百分比的组分组成：磷酸盐嵌锂化合物94-99.8％，碳0.2-6％；所述磷酸盐嵌锂化合物化学式为LiM_xN_yPO₄，M为Fe，Co，Mn，Ni，Cr，V，Nb，Mg，Zn，Cu，Ti，W中的一种，N为Fe，Co，Mn，Ni，Cr，V，Nb，Mg，Zn，Cu，Ti，W中的一种，且1＝x+y，x＝0～1。

该正极材料的比表面积为1-16m²/g。

上述低比表面积碳纳米管磷酸盐类嵌锂正极材料的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)将锂源化合物、金属元素源化合物、磷源化合物按摩尔比Li∶(M+N)∶P＝(0.98～1.02)∶(0.98～1.02)∶1分散或溶解于碳纳米管浆料的溶剂中，得到固含量为10～60％的浆料；

(2)研磨，直到浆料的D90小于2um，停止研磨；

(3)干燥，得到均匀混合物；

(4)将所得的均匀混合物置于惰性气体中，在回转炉或推板炉中于温度600～1200℃下煅烧2-20小时。

所述碳纳米管浆料由以下重量百分比的组分组成：悬浮分散增稠剂0.4-2％，碳纳米管2-6％，余量为水或N-甲基吡咯烷酮。

所述的悬浮分散增稠剂为黄原胶、阿拉伯胶、明胶、PEG、CMC、PVP、PVB、PVA中的一种或一种以上。

所述溶剂为去离子水、丙酮、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或一种以上。

所述锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、硝酸锂、乙酸锂中的一种或一种以上；所述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、金属M的磷酸盐、金属N的磷酸盐中的一种或一种以上；所述金属元素源化合物为含有金属元素M和N的碳酸盐、草酸盐、醋酸盐、氧化物、柠檬酸盐、磷酸盐的一种或一种以上。

所述惰性气体为氮气或氩气。

步骤(2)所述浆料粒度分布D90小于1um。

所述干燥为喷雾干燥或双锥真空旋转干燥。