[发明专利]一种磷酸铁锰锂正极材料的合成方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，提出了一种新型磷酸铁锰锂正极材料的合成方法，包括以下步骤：S1、将二氧化锰、磷酸、水置于容器内搅拌，加入苯胺，继续搅拌得到聚苯胺；S2、称取铁源、锂源、碳源、有机助剂，加入到聚苯胺中，进行研磨搅拌；S3、空气气氛下干燥、煅烧，得到前驱体；S4、将前驱体中再次加入碳源，并加入研磨介质，研磨得到研磨浆料；S5、将研磨浆料真空干燥得反应粉料；S6、反应粉料保护气氛下烧结后降温到室温，粉碎、过筛，得到聚苯胺/碳包覆的磷酸铁锰锂离子电池正极材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的放电容量比低，循环稳定性差的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，涉及一种新型磷酸铁锰锂正极材料的合成方法。

背景技术

近来，三元正极材料(LiNiCoMnO₂)由于具有较高的放电容量，较大的重量和体积比能量，环保性好，毒性小等优点成为了当今产业和应用的热点。它结合了LiCoO₂的优良的循环性能，LiNiO₂的高放电容量，以及LiMnO₂优异的安全性能，成为了高能量密度混合动力汽车用锂离子电池正极材料。但是三元材料最大的问题是容易析氧，造成电池体系的燃烧和爆炸。随着电动汽车的产量增加，爆炸和着火现象越来越多，人们开始谨慎使用三元材料。

磷酸铁锂材料是1997年被发现的，由于以磷酸铁锂制造的锂离子电池具有极好的安全性，成本性，资源性，以及良好的循环性能等优点成为了当今研究的热点。在大型电动汽车、储能电站和军事用途等方面都具有广泛的应用前景。磷酸铁锂正极的主要缺点，是平台电压只有3.2V，距离三元材料、钴酸锂和锰酸锂的3.7V电压偏低了30％左右。这样会造成电池体系的比能量降低，成本升高。如何提高磷酸盐正极材料的体系电压，成为学术界和产业界主要的研究热点之一。

实验发现，磷酸铁锂中掺入锰离子后，锂离子电池电压放电平台可以达到4V左右，中值放电电压可以提高到3.7-3.8V，已经与三元正极材料相当。但是，目前制造磷酸锰铁锂正极材料的离子电导率和电子电导率都非常低，导致材料的容量难以发挥，并且部分锰离子发生歧化反应溶解在电解液中，导致材料循环性能变差，同时材料因为比表面积高而导致的加工困难等问题。

传统的该材料体系合成，一般采用碳酸锰，草酸亚铁，碳酸锂等作为原料，以上材料的加工难度较大，特别是研磨过程中极易变质，造成浆料粘度大幅度增加，研磨效率下降，从而导致材料的微观成分不均匀，造成材料的电化学性能不佳。另外由于碳微孔效应，造成比表面积较大，对后续加工涂布过程中带来一定难度。

聚苯胺导电聚合物是良好的导电剂材料，具备良好的导电性能、较好的锂离子传输性能、独特优异的交联网状结构,对改善电池容量发挥、高倍率充放电以及循环性能等具有重要的意义。然而聚苯胺在实际的生产运用中，多采用(NH₄)₂S₂O₈引发聚合从而简单包覆磷酸铁锂，由此带来的过多过剩杂质对正极材料的循环充放电带来不良副反应，从而影响了电芯的容量发挥，并缩短了电池使用寿命。另一方面，改性效果一般的聚苯胺对加强磷酸铁锰锂的导电效果所起的作用一般，没有充分协作发挥导电效果。此外，简单地包覆磷酸铁锂材料，由于磷酸铁锰锂粒径不一致，大小分布不均，导致正极材料导电效果不匀称，容易在多次循环以后导致局部失效。

发明内容

本发明提出一种新型磷酸铁锰锂正极材料的合成方法，解决了现有技术中的放电容量比低，循环稳定性差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种新型磷酸铁锰锂正极材料的合成方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化锰、磷酸、水置于容器内搅拌2～4h，加入苯胺，继续搅拌1～2h，得到聚苯胺；

S2、称取铁源、锂源、碳源、有机助剂，加入到聚苯胺中，进行研磨搅拌4～12h；