[发明专利]一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法

说明书

本发明公开了一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，首先采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO₄，M为Fe、Co或者Mn；然后将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料，在磁场强度1~10T定向排布处理3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，获得高容量锂离子电池正极极片。将该极片制备成扣式电池进行测试，0.2C下定向排布的LiCoPO₄克容量为135.7~142.9mAh/g。0.2C下定向排布的LiFePO₄克容量为150.7~152.8mAh/g。0.2C下定向排布的LiMnPO₄克容量为135.9~143.8mAh/g。本发明有效提高了LiMPO₄的克容量。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种电极，具体来说是一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法。

背景技术

随着社会的不断发展，世界能源消耗呈正增长趋势，矿物燃料的燃烧对生态环境造成严重污染，甚至危及到人类的生存。就目前来看，人们已提出和发明了多种储能技术来满足各个领域的不同需求。现有能量储存技术主要有物理式储能、化学式储能、电磁式储能和相变式储能等几大类。其中化学式储能分为钠硫电池、全钒液流电池、铅酸电池、锂离子电池等。这几种化学式储能方式相比较而言，锂离子电池具备能量密度相对高、电压平台高、对环境友好等优点，因此被称为绿色电池。

近十几年来，中国的锂离子电池产业市场发展十分迅猛，基本形成了比较完善的产业链条，同时在国际锂离子电池材料的选配及研发领域占有重要的地位。同时锂离子电池具有大容量存储和高效率的充放电功能特点为其成为新能源汽车和其他新能源产品储能系统的首选产品。其中橄榄石结构的磷酸盐由于其独特的循环稳定性以及安全性得到了广泛的应用。

同时，针对于磷酸盐的电化学修缮方式也有了很多方式，例如碳包覆，或是离子掺杂等。其改善方式都是通过化学手段实现的，但是我们也了解到许多材料具有各项异性独特性质，例如一些材料在不同方向的自发磁化率不同，或是在不同方向的拉伸极限不同。人们通过不同的处理方法，让其择优取向，以实现其各向异性的最大化。郭森林等人在专利一种磨料定向排布的陶瓷结合剂磨具及其制备方法（CN201645343U）中，提到了磨料的定向排布可以提高其抗拉性能的各向异性。Sarah H. Tolbert报道了通过在高磁场中取向未聚合的六方晶溶胶性硅酸盐表面活性剂液晶，实现了缩合的六面体介孔结构二氧化硅（MCM-41）的多孔性的宏观取向。Kartikowati C W等报道了磁性定向排布是提高磁性材料磁性能的方法。Tsunehisa Kimura也在其文章中，详细的谈及了此类材料在不同的磁场中的定向排布情况，也在理论上分析了，磁场中精确对准的各种条件和物理模型。

大量的研究表明橄榄石结构的磷酸盐有着在[010]方向的锂离子一维扩散通道，所以在合成磷酸盐正极材料时，应尽量减小其在[010]方向的尺寸，同时，通过孟良荣在文章LiCoPO₄电化学嵌锂行为研究中谈到，橄榄石结构的磷酸盐的磁性能研究很早就已开始进行，其中LiCoPO₄具有一个和[010]方向几乎平行的磁矩。相类似的LiFePO₄和LiMnPO₄也属于正交晶系橄榄石结构的磷酸盐，其同LiCoPO₄类似同样存在磁性能的各向异性，且在存在有与[010]方向相平行的磁矩。

通过以上分析目前LiMPO₄，M为Fe、Co或者Mn作为锂离子电池正极材料得到的电池，可以通过磁控定向排布技术制备电池极片，以提升材料的锂离子电池扩散系数，进而提高其电化学性能。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，所述的这种制备高容量锂离子电池正极极片的方法要解决现有技术中的锂离子电池锂离子扩散系数不高、放电比容量较低的技术问题。