[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

研究表明，橄榄石结构的磷酸盐材料在安全性能和循环寿命上明显优于传统的层状材料（钴酸锂、镍酸锂和三元材料），其代表性材料磷酸铁锂（LiFePO₄）已被学术界和产业界广泛研究证实，并且大量应用于动力电池和储能电池等领域。但是，相对金属锂3.4V的电压平台限制了磷酸铁锂能量密度的提升，从而影响该材料的市场竞争能力。然而磷酸锰锂（LiMnPO₄）材料与磷酸铁锂（LiFePO₄）相比，可将电位提高0.7V，还有171mAh/g的理论比容量，因此有望成为新一代的高能量密度锂离子电池的正极材料。但是，磷酸锰锂材料的电子电导率和锂离子扩散速率比磷酸铁锂更低，因此未经改性的磷酸锰锂材料根本无法满足实际应用需要。

目前，人们主要是采用碳包覆和颗粒纳米化来提高材料的电子电导率和缩短锂离子的扩散路径，从而改善磷酸锰锂材料的电化学性能。在文献Electrochimica Acta,2011,56(11):40520-4057中，Huihua Yi等人将化学计量比的LiH₂PO₄，MnC₄H₆O₄·4H₂O，FeC₂O₄·2H₂O，MgC₄H₆O₄·4H₂O，H₂C₂O₄·2H₂O和14wt.%蔗糖混合充分球磨6h，然后在氩气气氛保护下，800℃高温煅烧10h得LiMn_0.9Fe_0.05Mg_0.05PO₄/C材料，经电化学性能测试得0.1C的首次放电容量为140mAh/g。但是该方法所制备的材料仍存在着一次颗粒大和粒径不均一的问题，这将会严重影响材料的循环，倍率和高低温等性能。在文献Journal of Power Sources,2007,174(2):949-953中，Thierry Drezen等人通过采用溶胶凝胶法和调控焙烧温度来控制材料颗粒粒径，先将醋酸锂，醋酸锰和磷酸二氢铵溶于去离子水中，然后添加螯合剂乙醇酸，在60-75℃间获得凝胶，接着在不同的温度（400-800℃）下煅烧3h得LiMnPO₄材料。经扫描电镜表征得520℃煅烧制备的材料粒径最小为140nm，其0.1C首次放电容量为116mAh/g。但是该实验方法复杂，而且所制备的材料一次颗粒粒径仍然太大，并且低温焙烧处理会降低材料的结晶性，从而降低材料的电化学性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，使得制备的正极材料粒径均一，尺寸小且具有良好的电化学性能，以及优异的物理加工性能。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：

a）将有机溶剂、助表面活性剂和表面活性剂混合得到混合溶液；

b）将锰源化合物、磷源化合物和掺杂金属源化合物的水溶液与步骤a）得到的混合溶液混合，得到乳液A；

c）将锂源化合物和碳源化合物的水溶液与步骤a）得到的混合溶液混合，得到乳液B；

d）将所述乳液B滴加至乳液A中形成油包水型微乳液，干燥后得到磷酸锰锂前驱体粉末；

e）将所述磷酸锰锂前驱体粉末煅烧后得到锂离子电池正极材料。

优选的，所述有机溶剂和助表面活性剂按体积比为10：(1-3)；所述表面活性剂在所述混合溶液中的浓度为0.1-0.3g/mL。

优选的，所述有机溶剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、癸烷、环己烷或二甲苯中的一种或几种。

优选的，所述表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，辛基苯基聚氧乙烯醚、聚乙二醇4000中的一种或几种。

优选的，所述助表面活性剂为正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇中的一种或几种。

优选的，所述磷源化合物、锰源化合物和掺杂金属源化合物的摩尔比为1：(0.8-1)：(0-0.2)。