[发明专利]磷酸锰铁锂复合正极材料及制备方法、正极和锂电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法、锂电池正极和锂电池。

背景技术

近些年来，锂离子电池正极材料LiFePO₄因具有原材料来源广泛，价格便宜，热稳定性优，循环性能好，安全无毒等优点备受关注，被认为是理想的新一代锂离子电池正极材料，然而LiFePO₄较低的放电电压平台(约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，且位于现有电解液体系的电化学稳定窗口内，未来应用前景广泛，因此备受关注。然而，由于LiMnPO₄的导电性极差，被认为是绝缘体，导致合成能够可逆充放电的LiMnPO₄非常困难，限制了其发展应用。

磷酸锰铁锂LiMn_xFe_1-xPO₄(0<x<1)是在LiMnPO₄改性的基础上发展起来的，虽然Fe²⁺的引入可以使磷酸锰锂的导电性有所提高，但提高的幅度有限，很难使材料的电化学性能充分发挥出来。因此，本发明重点探讨和研究了如何进一步提高该磷酸锰铁锂的导电性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法，以解决现有磷酸锰铁锂正极材料导电性不高，制备锂离子电池放电容量低，循环保持率差的技术问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种含有该磷酸锰铁锂复合正极材料的锂电池正极和锂电池。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种磷酸锰铁锂复合正极材料，所述磷酸锰铁锂复合正极材料尺寸为纳米级，且在磷酸锰铁锂基材中复合有石墨炔，所述石墨炔的质量是所述磷酸锰铁锂基材质量的0.1-10％。

以及，一种磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

按照磷酸锰铁锂的各元素的摩尔比将纳米级的锂源、锰源、铁源、磷源加入溶剂中进行溶解处理，得到透明溶液A；

向所述透明溶液A中加入络合剂，并进行混合处理，得到混合液B；

向所述混合液B中加入石墨炔溶液，并进行混合处理，得到混合液C；其中，所述石墨炔溶液加入的量为理论生成磷酸锰铁锂质量的0.1-10％；

将混合液C进行干燥，得到磷酸锰铁锂复合正极材料前驱体；

将所述磷酸锰铁锂复合正极材料前驱体进行研磨处理，经50-300目过筛后于保护性气氛中、500-900℃下热处理，接着进行退火处理。

以及，一种锂电池正极，包括集流体和结合在所述集流体上的正极材料，所述正极材料为上述的磷酸锰铁锂复合正极材料或由上述的磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法制备的磷酸锰铁锂复合正极材料。

以及，一种锂电池，所述锂电池包括上述的锂电池正极。

与现有技术相比，上述磷酸锰铁锂复合正极材料颗粒为纳米级，从缩小一次粒径方面缩短Li⁺和电子的迁移路径，从而提高材料的导电性，改善了材料的电化学性能。采用石墨炔复合技术，提高磷酸锰铁锂材料的内部导电性，有效降低了磷酸锰铁锂材料的体积电阻率，提高材料的内部电子导电性和锂离子传输速度，而且不会导致磷酸锰铁锂的电压平台降低。

上述磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法采用络合剂络合金属离子，使其在原子水平均匀分散，且通过化学方法得到纳米级材料。该方法使得石墨炔与磷酸锰铁锂达到分子级别的均匀分散，实现石墨炔对磷酸锰铁锂材料结构内部复合，相比于颗粒表面的碳包覆，对磷酸锰铁锂的导电性能有显著的提升。另外，通过在特定的温度下热处理和退火处理，使得石墨炔与磷酸锰铁锂所形成的复合材料结构稳定。

上述锂电池正极和锂电池由于含有上述磷酸锰铁锂复合正极材料，又由于该磷酸锰铁锂复合正极材料具有如上所述优异的导电性能，因此，锂电池正极电化学性能好，从而赋予该锂电池高放电克容量和优异倍率循环特性以及高的循环容量保持率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例磷酸锰铁锂复合正极材料制备方法流程示意图；

图2为以本发明实施例1制备的磷酸锰铁锂复合正极材料的SEM图；