[发明专利]一种锂电池磷酸锰锂正极材料的喷雾热解制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池的正极材料的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种锂电池磷酸锰锂正极材料的喷雾热解制备方法，属于锂电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池作为新型的绿色电池，自从问世以来发展迅速。目前锂离子电池的正极材料的开发应用主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂，这些正极材料或多或少的有些不足。开发能量密度大，安全性好，循环性能优异的正极材料越来越重要。其中橄榄石型的LiMnPO₄材料有着170mAh/g理论比容量，其充放电曲线非常平稳(4.1V vs. Li⁺/Li)。同时该材料具有原料来源广泛，环境友好，材料结构稳定，循环稳定性突出等优点，因而有望成为新一代的锂离子电池正极材料。

目前合成LiMnPO₄的方法主要有高温固相反应法，水热法，液相沉淀法和溶胶凝胶法。其中高温固相法制备的磷酸锰锂材料由于原料的无规则形状和反应条件的限制，合成的材料颗粒形貌难以控制，颗粒尺寸较大，材料粒径分布不均匀，对材料倍率性能改进效果并不明显。水热法、液相沉淀法和溶胶凝胶法等液相法由于原料混合在分子间进行的，合成温度低，焙烧后产物颗粒细小尺寸均匀，尺寸分布范围窄，相对固相法有着难以比拟的优势。而缺点是：锂源消耗相对较多，制备工艺复杂，同时由于反应温度低容易造成材料晶格中出现反位缺陷。如Delacourt C等人（One-step low-temperature route for the preparation of electrochemically active LiMnPO4 powders. Chem Mater, 2004, 16:93-99）通过液相沉淀法制备了尺寸在100nm左右的LiMnPO₄颗粒，但是其可逆容量只是由1um颗粒直径的35mAh/g提高到了70mAh/g。

国家知识产权局于2012.4.11公开了一件申请号为201110397625.2，名称为“一种磷酸锰锂和碳纳米管原位复合正极材料及其制备方法”的发明专利，该专利公开了一种磷酸锰锂和碳纳米管原位复合正极材料及其制备方法。该材料化学式为Li(Mn_1-xM_x)PO₄，其中x为0-0.1，M为过渡金属元素Fe、Co或者Ni；碳纳米管在磷酸锰锂的合成过程中均匀地分布在所述的磷酸锰锂颗粒中。通过采用过渡金属化合物作为催化剂和掺杂元素对热解的碳氢气体进行催化，制备原位碳纳米管复合的磷酸锰锂材料。该制备方法简单，成本低廉，所得的磷酸锰材料纯度高，结构完整，电导率高，电化学性能优异。

上述专利主要特征是所包覆的碳为碳纳米管，且为原位复合，通过掺杂和纳米碳管提高材料的电导率，后续反应温度高，时间长，材料电导率不够高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术无法有效控制磷酸锰锂的粒径和相成分的问题，提供一种磷酸锰锂正极材料的制备方法，能够有效地控制磷酸锰锂的粒径和相成分，提高材料的导电性能，改善其电化学性能。

一种锂电池磷酸锰锂正极材料的喷雾热解制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、将锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物和碳源化合物按摩尔比为1-1.05:1:1:0.01-0.5称量，溶解在去离子水、酒精、戊醇或者丙酮中使其固含量为10-60%，搅拌均匀得到混合浆料；

B、将步骤A得到的混合浆料在惰性气氛下，在350-650℃喷雾热分解炉内进行高温喷雾热解，得到磷酸锰锂前躯体粉末；

C、将步骤B得到的磷酸锰锂前躯体粉末置于惰性气氛保护炉中，在500-850℃温度下焙烧2-6小时，自然冷却得到锂电池磷酸锰锂正极材料。

优选的，本发明在步骤A中，所述的搅拌均匀是指在40-85℃搅拌2-5小时。

优选的，本发明在步骤A中，所述的锂源化合物为氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种或任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的锰源化合物为碳酸锰、硝酸锰、醋酸锰、草酸锰、二氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的一种或任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的碳源化合物为碳氢氧化合物和碳氢化合物中的一种或者任意比例的多种。