[发明专利]磷酸锰锂电容碳复合材料、其制备方法及锂离子电容电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种磷酸锰锂电容碳复合材料、其制备方法及锂离子电容电池。

背景技术

锂离子电池是目前驱动电动车和混合动力车的最理想电源体系，其正极材料的性能是影响电池性能的重要因素之一。相对于其他锂离子电池正极材料，磷酸锰锂具有较高的理论容量和放电电压平台、良好的安全性、较低的成本和环境友好等优点，被认为是汽车用动力电池理想的正极材料。

在正极材料的制备方法中，固相法是传统的方法之一。目前，制备磷酸锰锂仍以固相法为主，制备工艺相对纯熟。然而，采用固相法所制备的磷酸锰锂材料的颗粒尺度相对较大，团聚现象严重，电化学性能如导电性和高倍率放电性等难以令人满意。

而改善磷酸锰锂材料的电化学性能的研究现主要集中在提高磷酸锰锂的导电性这一方面，最常采用的方式为无机碳源如乙炔黑和炭黑等的球磨包覆和有机碳源如葡萄糖和蔗糖等的原位包覆。在磷酸锰锂材料的颗粒尺度偏大的情况下，当碳包覆后的颗粒尺度降低到200nm以下时，能够获得比较好的电化学性能。这些措施在一定程度上能改善磷酸锰锂材料的导电性，尽管如此，由于这类方法改进导电性的方式比较单一，对现有锂离子电池正极材料在电化学反应中产生的极化现象的降低作用并不明显，因而对锂离子电池最终产品的高倍率放电性能的改善极为有限。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种磷酸锰锂电容碳复合材料、其制备方法及锂离子电容电池，本发明提供的磷酸锰锂电容碳复合材料在高倍率下充放电性能较好。

本发明提供一种磷酸锰锂电容碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将锰源化合物、磷源化合物、锂源化合物和碳源有机物混合，得到混合物；

B）将所述步骤A）得到的混合物和水混合，经搅拌，得到流变体；

C）将所述步骤B）得到的流变体进行干燥，得到干燥产物；

D）将所述步骤C）得到的干燥产物研磨后进行预煅烧，得到磷酸锰锂前驱体；

E）将所述步骤D）得到的磷酸锰锂前驱体和电容碳混合，依次经球磨、煅烧，得到磷酸锰锂电容碳复合材料。

优选的，所述步骤A）中，所述碳源有机物为蔗糖、葡萄糖和柠檬酸中的一种或几种。

优选的，所述步骤B）中，所述搅拌在70℃～90℃的温度下进行。

优选的，所述步骤C）中，所述干燥为真空干燥，真空度为-0.5兆帕～-0.1兆帕，温度为100℃～120℃。

优选的，所述步骤D）中，所述预煅烧的温度为300℃～400℃，时间为3小时～5小时。

优选的，所述步骤E）中，将所述步骤D）得到的磷酸锰锂前驱体和电容碳混合前，将所述电容碳依次进行过筛、酸洗。

优选的，所述步骤E）中，所述球磨为高速湿法球磨，转速为2000转/分～4200转/分，时间为10min～30min。

优选的，所述步骤E）中，所述煅烧的温度为600℃～750℃，时间为6小时～20小时。

本发明提供一种磷酸锰锂电容碳复合材料，由上文所述的制备方法制得。

本发明还提供一种锂离子电容电池，包括正极片、负极片和隔离膜，其中，所述正极片的正极材料为上文所述的磷酸锰锂电容碳复合材料。

与现有技术相比，本发明采用锰源化合物、磷源化合物、锂源化合物和碳源有机物为原料，通过流变相法制备磷酸锰锂前驱体，再将所述磷酸锰锂前驱体和电容碳材料混合后进行球磨、煅烧，得到磷酸锰锂电容碳复合材料。本发明采用流变相法合成工艺，流变体中固体颗粒和液相物质之间接触紧密、均匀，热交换良好，不容易出现局部过热，具有合成温度低、焙烧时间短和产物颗粒小且分布均匀等特点。同时，本发明将磷酸锰锂材料负载在电容碳材料上，所述磷酸锰锂材料均匀分散在电容碳的表面，所述电容碳材料的比表面积为1500m²/g～2000m²/g，利用此高比表面积，有效增加了磷酸锰锂材料与电解液的接触面积，使得磷酸锰锂材料的电化学反应表面积大大增加，从而显著降低了电化学反应过程中的界面电流密度，减小了电化学反应极化，最终能提高磷酸锰锂电容碳复合材料的高倍率充放电性能。另外，电容碳的高比表面积能使其在极短的时间内实现大量电荷的储存和释放，当以磷酸锰锂电容碳复合材料为正极材料的锂离子电池在进行大倍率充放电时，电容碳材料能第一时间实现容量响应，为磷酸锰锂材料提供有效的缓冲，从而保证了锂离子电池的正常工作。