[发明专利]一种电化学活性正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学活性材料技术领域，具体涉及一种正极材料的制备方法，尤其涉及一种具有特殊结构的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池正极材料中，橄榄石结构的LiFePO₄已经获得了商业使用。但其相对低的电压平台（3.4V）使其能量密度较低，限制了其发展应用。与LiFePO₄具有相同结构的LiMnPO₄相对于Li⁺/Li的电极电势为4.1V，远高于LiFePO₄的电压平台。然而，由于LiMnPO₄材料导电性极差，被认为是绝缘体，致使合成能够可逆充放电的LiMnPO₄非常困难，限制了其发展应用。

目前，常通过离子掺杂或在材料中掺入一些导电剂来提高材料的导电性，常用的导电剂有乙炔黑、碳黑、碳纤维和碳纳米管等。作为近几年出现的导电添加剂，石墨烯和碳纳米管具有很多优异性能，与乙炔黑等常用导电剂相比具有如下突出优点：1）具有良好的导电性，且其特殊的结构能够更好的连接电池活性材料，使其形成连续的导电“网络”，可提高电池材料的导电能力和活性物质的利用率；2）具有良好的力学性能，添加后可使所制电极极片具有较高的韧性，从而可有效抑制材料在充放电过程中因体积变化而引起的剥落，使活性物质颗粒在充放电过程中始终能够保持良好的电接触，从而提高电极的循环寿命；3）石墨烯或碳纳米管的均匀分散还可大幅度提高电解液在电池材料中的渗透能力。由于具有上述优点，将适量的石墨烯或碳纳米管引入电池材料中并实现均匀分散，将具有很高的实用价值。

专利（申请）CN200410051045.8公开了一种磷酸铁锂掺杂碳纳米管导电剂的锂离子电池正极材料，但是实际应用中，此正极材料中掺杂的碳纳米管极易发生团聚，使掺杂的碳纳米管与磷酸铁锂的接触机率大大下降，降低了材料的利用率和电池内阻的一致性。专利（申请）CN201010146161.3公开了一种在磷酸铁锂中掺杂石墨烯的复合正极材料，其材料的导电性得到了提高，但是由于在材料中直接添加石墨烯易造成石墨烯在材料中的分布不均匀，出现团聚等现象。一般的工艺加入的碳由于质地疏松，且在材料颗粒间呈松散分布，严重降低了锂离子正极材料的堆积密度，使其振实密度大大低于其理论密度，也影响了随后极片的压实密度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种电化学活性材料及其制备方法。该方法工艺时间短、能源耗费低、操作简单易控，制备过程环保无污染，且制备出的产品性质稳定，材料性能优良，导电能力高，振实密度和压实密度高。

为实现上述目的，本发明所要解决的第一方面的技术问题是提供一种电化学活性材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备锂离子电池活性材料前驱浆料：按一定比例混合锂离子电池活性材料前驱原料，以水为分散介质，运用研磨或超声搅拌设备混料0.5～2h，即得锂离子电池活性材料前驱浆料；

制备高导电碳材浆料：将一定量的高导电碳材加入适量的溶剂中，室温条件下超声一段时间后，即得所需高导电碳材浆料；

（2）将所得高导电碳材浆料加入锂离子电池活性材料前驱浆料中，研磨混合、干燥后，得到前驱体粉末；

（3）将步骤（2）中所得的前驱体粉末在保护气体中、于500～800℃温度下保温2～4h后再降至室温，即可制得所述电化学活性正极材料。

本发明的一优选技术方案中，在步骤（2）中，将高导电碳材浆料加入锂离子电池活性材料前驱浆料中，高速研磨0.5～1h后得到前驱体混合物，再将混合好的所述前驱体混合物进行喷雾干燥后得到所述前驱体粉末。

本发明的一优选技术方案中，在步骤（3）中，将所述前驱体粉末置于合成炉中，在保护气体下于50℃保温2h，然后升温至500～800℃，恒温2～4h后再降至室温，即可制得所述电化学活性正极材料。

本发明的一优选技术方案中，所述步骤（1）中锂离子电池活性材料前驱原料包括磷源和锂源，以及铁源、锰源、钴源、镍源、钒源中一种或多种。

本发明的一优选技术方案中，所述磷源为磷酸亚铁、磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸等中的一种或几种的混合，

所述锂源为磷酸锂、磷酸二氢锂、氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂或醋酸锂等中的一种或几种的混合；

所述铁源为磷酸亚铁、氧化亚铁、碳酸亚铁、草酸亚铁、醋酸亚铁、乳酸亚铁、氢氧化亚铁等中的一种或几种的混合；

所述锰源为二氧化锰、碳酸锰、草酸锰或醋酸锰等中的一种或几种的混合；