[发明专利]一种锂离子电池正极材料纳米磷酸钒铁锰锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料纳米磷酸钒铁锰锂及其制备方法。 

背景技术

随着世界石油资源的逐渐枯竭以及对环境保护的要求，发展电动车特别是电动汽车已成为当前世界新能源发展的战略目标。锂离子电池是一种绿色电池，与其它二次电池相比，具有能量密度高，无记忆效应、无污染、寿命长等特点，被广泛地应用在各种便携式电子产品和移动工具上，而高安全性、高比能量、低成本是电动汽车动力电池的基本要素，也是动力电池研发的重点课题。发展新型高比能量、高安全性锂离子动力电池进而产业化，满足动力电池发展的需要，是一项具有重大创新意义和广阔市场前景的新能源发展战略课题。 

锂离子电池正极材料一直是锂离子电池发展的重点。目前，商品化的锂离子电池正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、三元材料、LiFePO₄等，前四种正极材料均为氧化物结构，由于氧化物结构中的氧是非惰性的，存在热稳定性差、氧易逸出和燃烧，从而给电池带来安全性隐患。聚阴离子型正极材料包括磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐系列材料的氧是惰性的，具有高安全性、低成本和环境友好等优点, 是最具潜力的车用动力锂离子电池正极材料。已商品化的磷酸盐系正极材料LiFePO₄和传统的LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O4等正极材料相比，具有安全性好、对环境友好、倍率充放电特性和循环稳定性好、原材料丰富廉价等优点，已在电动汽车动力电池中得到应用，但其放电电压平台较低，理论容量( 170mAh/g)也较低，因而造成LiFePO₄正极材料的比能量较低，给发展高比能量动力电池带来不利。因此，开发能够取代LiFePO₄的新型高比能量、高安全性聚阴离子型正极材料对动力电池的发展至关重要。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料纳米磷酸钒铁锰锂及其制备方法，该正极材料具有比能量和比容量高、安全性好的优点，克服了现有锂离子动力电池正极材料中磷酸铁锂材料放电电压平台和比能量低，磷酸锰锂材料结构不稳循环性能差，以及氧化物正极材料安全性不高的缺点，从而为锂离子动力电池提供高安全性、高比能 量、低成本的正极材料。本发明制备方法工艺简单，原料易得，生产成本低，适合大规模工业化生产。 

本发明采用的技术方案是： 

一种锂离子电池正极材料，由碳包覆纳米磷酸钒铁锰锂组成，所述纳米磷酸钒铁锰锂化学式为LiV_xFe_yMn_1-3/2x-yPO₄，其中，0 < x ≤0.3, 0 < y ≤0.5；所述正极材料的一次粒径为50~200nm，比表面积为10 ~ 40m² / g，振实密度为0.8 ~ 2.2g/cm³；  

一种锂离子电池正极材料制备方法，步骤包括： 

A、将锂源、钒源、铁源、锰源与磷源溶解混合，加入还原剂及碳源，搅拌均匀，使其充分进行流变相化学反应得到流变相液，所述流变相液中锂、钒、铁、锰、磷、碳的摩尔比为1.0~1.2 ：0.04~0.3 ：0.05~0.5 ：0.05~0.9 ：1.0 ：0.01~0.10，还原剂含碳时，还原剂中的碳计入流变相液中的碳量，并且流变相液中碳量不小于还原剂的含碳量；还原剂的加入量一般以保证流变相液中的亚铁不被还原成3价铁为宜，一般不超过碳源的质量；锂源稍过量以弥补烧结过程中的挥发损失；  

B、将流变相液喷雾干燥后得到磷酸钒铁锰锂前驱体； 

C、将前驱体置于惰性气氛炉中，在流动的惰性气体或弱还原性气体保护下，烧结得到锂离子电池正极材料。 

所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、乙酸锂、磷酸锂、草酸锂中的一种或几种，锂源含碳时，其中的碳不计入流变相液中的碳量； 

所述钒源选自五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒、偏钒酸铵中的一种或几种； 

所述铁源选自纯铁、磷酸铁、磷酸亚铁、草酸铁、草酸亚铁、氧化铁、四氧化三铁、柠檬酸铁、乙酸亚铁中的一种或几种，铁源含碳时，其中的碳不计入流变相液中的碳量； 

所述锰源选自硝酸锰、碳酸锰和醋酸锰中的一种或几种，锰源含碳时，其中的碳不计入流变相液中的碳量；