[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸锰锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料磷酸锰锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池是继镉镍、镍金属氢化物电池之后的新型电池。由于锂离子电池具有十分明显的优势(工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长)，而成为便携式电子产品的理想电源，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。

目前，锂离子电池正极主要有钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、磷酸锰锂(LiMnPO₄)等几种。

层状结构的LiCoO₂最早作为锂离子正极材料，但由于Co资源短缺、成本高、毒性较大，其放电平台电压约为3.7V，其实际容量为140mAh/g仅为理论容量的一半。

LiNiO₂用于锂离子正极材料具有与LiCoO₂类似的层状结构。其工作电压范围为2.5～4.2V，理论容量为274mAh/g，实际容量已达190～210mAh/g。但是由于LiNiO₂的制备条件非常苛刻，这给LiNiO₂的商业化生产带来相当大的困难；LiNiO₂的热稳定性差，且放热量多，这对电池带来很大的安全隐患；LiNiO₂在充电过程中容易发生结构的变化，使电池的循环性能变差。这些缺点限制了LiNiO₂的发展。

具有尖晶石结构的LiMn₂O₄用于锂离子正极材料，其工作电压范围为3～4V，理论容量为148mAh/g，实际容量为90～120mAh/g，锰资源丰富，价格便宜安全性高，但是由于其理论容量不高，材料在电解质中会缓慢溶解，容易发生晶格畸变特别在较高温度下，使其应用受到了限制。

具有橄榄石结构的LiFePO₄是近年来研究的热门锂离子电池正极材料之一，其具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉等优点，但由于其发电平台较低(3.4V)，理论容量不高，室温电导率低。目前，LiFePO₄虽然原材料比较的便宜，但是合成中惰性气氛的使用，使其制备成本仍很高，因此简化合成条件是降低产品成本的一个重要措施。

在各类锂离子电池正极材料中，LiMnPO₄具有较高的放电平台和充放电容量，其理论容量为170mAh/g，其具有高稳定性、安全环保，因而有望成为新一代的锂离子电池正极材料。但是目前常规的磷酸锰锂合成方法的合成时间较长，工艺较复杂，尤其是其制备时为了增强产品充放电容量，往往会在原料中加入碳元素，但是碳在空气气氛下高温煅烧易氧化，故现有的磷酸锰锂合成方法大都是在惰性气体(例如氩气、氮气)气氛下合成的。虽然LiMnPO₄的合成原料比较便宜，但是合成中惰性气氛的使用使得合成磷酸锰锂的成本仍然偏大，所以简化合成条件是降低产品成本的一个重要措施。

发明内容

本发明目的是：提供一种锂离子电池正极材料磷酸锰锂的制备方法，该方法能够在空气气氛中合成高纯度的磷酸锰锂，不仅合成工艺过程简单，而且将大大降低磷酸锰锂的合成成本，以便实现磷酸锰锂的商业化生产。

本发明的技术方案是：一种锂离子电池正极材料磷酸锰锂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

1)混合物的制备：称取定量的锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物，按锂、锰、磷摩尔比为0.8～1.2∶0.8～1.2∶1的比例混合均匀；

2)前驱体的制备：将上述制得的混合物在空气气氛中加热至250～350℃，并在250～350℃下持续煅烧2-5h，然后冷却至室温，得前驱体；

3)合成磷酸锰锂：取出前驱体研碎、压片，而后继续在空气气氛中加热至500～900℃，并在500～900℃下持续煅烧15～25h，即得到目标产物磷酸锰锂。

本发明方法的所述步骤1)中具体采用干法或者湿法球磨的方式将锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物混合均匀，且球磨时间控制在24～50h。