[发明专利]一种磷酸锰锂正极材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料生产技术领域，特别涉及一种磷酸锰锂正极材料的合成方法。

背景技术

磷酸锰锂作为动力锂离子电池的正极材料，具有电压高、安全性好、寿命长、成本低、资源丰富等优点，能量密度比磷酸铁锂提升20%以上，是一种极具应用前景的正极材料，被认为是下一代动力锂离子电池的最佳选择之一。

公开号CN 103413943A的专利公开了一种磷酸锰锂正极材料的制备方法，按摩尔比为1~1.2:1称取磷源和锰源材料，再取该磷源和锰源材料质量总和的5-15%碳源化合物和1-10%表面活性剂，配成固含量为10~50%的悬浮液，经水热反应后过滤、洗涤干燥得方形磷酸锰前躯体，再与锂源充分混合，在氮气气氛保护下高温烧结后自然冷却。该方法采取的是原料的固态混合，存在的缺陷是原料的混合均匀度不够，形成的磷酸锰锂晶粒尺寸大且不均匀，电性能差。而水热法则设备要求高，高压高温反应，安全堪忧，且废水多，锂过量配置，浪费大，规模化生产难度大。且不能同时进行掺杂，也不能制备非化学计量比的磷酸锰锂材料，局限性大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸锰锂正极材料的合成方法，采用液相混合方法实现锂、锰、磷三种元素的分子级别均匀混合，合成的磷酸锰锂材料具有晶粒尺寸小、容量高、倍率好等特点。相比于水热法则更加节能环保，整个过程简便易行，适合大规模生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种磷酸锰锂正极材料的合成方法，包括以下步骤：

（1）将二水醋酸锂与四水醋酸锰按摩尔比1:1的比例混合，然后搅拌条件下下加热至80℃-100℃液化，获得液体A；将磷源加热至80℃-100℃液化，获得液体B；

（2）按锂：锰：磷的摩尔比1:1:1，搅拌条件下，将液体A缓慢加入液体B中得到悬浊液C，然后继续搅拌10-120分钟，静置30-120分钟老化得前驱体，整个过程中保持体系温度在80℃-100℃之间；

（3）将前驱体加水，清洗处理3-5次；             

（4）将清洗后的前驱体在80℃-180℃下干燥至含水率5%以下得干燥的前驱体；

（5）将干燥的前驱体与碳源混合球磨2-8h，最后于惰性气氛中500℃-800℃烧结0.5-12小时，得到磷酸锰锂正极材料。

选择二水醋酸锂、四水醋酸锰为原料的原因是因为这两个原料的熔点低，在较低的温度下（80℃-100℃）容易液化。

选择十二水磷酸钠(Na₃PO₄??12H₂O)或者二水磷酸二氢钠（NaH₂PO₄??2H₂O）为磷源，磷源必须含结晶水，这样熔点低，80℃以上便可融化成液态。

合成前驱体后，利用前驱体水不溶，而副产物水溶的特点，可以简单的除去副产物。

本发明的原理是利用反应物质（锂源、锰源、磷源）与生成物质（磷酸锰锂前驱体）熔点的差别，通过将低熔点反应物料液化后混合，实现锂、锰、磷三种元素的分子级别均匀混合，同时高熔点产物析出得到超细晶锂锰磷前驱体，再用水清洗即可简单除去除副产物，添加蔗糖、葡萄糖等碳源，混合均匀后固相烧结即可得到性能优良的磷酸锰锂产品。

本发明原料是通过液液混合，锂无需过量配置，基本无损失。且本发明在原料混合时能同时进行掺杂，操作简便。

作为优选，步骤（1）中所述磷源为十二水磷酸钠或者二水磷酸二氢钠。

作为优选，步骤（3）中水的用量为前驱体重量的1-2倍。

作为优选，步骤（3）中清洗处理具体为搅拌条件下超声振荡5-30min后过滤。超声振荡能使得清洗更彻底，副产物清除的更彻底。

作为优选，搅拌速度为20-120rpm。

作为优选，步骤（5）中碳源用量为干燥的前驱体重量的1%-15%。

作为优选，步骤（5）中所述碳源选择葡萄糖、蔗糖、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。

本发明的有益效果是：

1、通过将低熔点反应物料液化后混合，实现锂、锰、磷三种元素的分子级别均匀混合，同时高熔点产物析出得到超细晶锂锰磷前驱体，再用水清洗即可简单除去除副产物，添加碳源，混合均匀后固相烧结即可得到性能优良的磷酸锰锂产品。

2、合成的磷酸锰锂材料具有晶粒尺寸小、容量高、倍率好等特点。相比于水热法则更加节能环保，整个过程简便易行，适合大规模生产。

附图说明