[发明专利]锂离子电池正极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子正极活性材料的制备方法，尤其涉及一种正极活性材料磷酸锰铁锂的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂（LiFePO₄）作为一种具有较好安全性，价格低廉且对环境友好的锂离子电池正极活性材料一直受到人们极大的关注。然而磷酸铁锂3.4V的电压平台严重限制了锂离子电池能量密度的提高。与磷酸铁锂相比，磷酸锰锂（LiMnPO₄）能极大地提高锂离子电池的能量密度。然而，磷酸锰锂的电子电导率和锂离子扩散速率较低，使得未经改性的磷酸锰锂正极活性材料无法满足实际需要。

为提高磷酸锰锂正极活性材料的电子电导率和锂离子扩散速率，人们通常用金属元素掺杂磷酸锰锂以对磷酸锰锂正极活性材料改性。目前已报道的制备金属元素掺杂磷酸锰锂正极活性材料的方法有固相合成法。固相合成法具体为：按一定比例将磷源、锂源、锰源、金属元素源及溶剂混合并球磨；之后在惰性氛围下高温煅烧获得金属元素掺杂的磷酸锰锂正极活性材料。该固相合成法工艺简单，然而，通过该方法制备的金属元素掺杂的磷酸锰锂正极活性材料具有颗粒大、粒径不均一以及含有杂项等缺点，使得该金属元素掺杂的磷酸锰锂正极活性材料的性能稳定性较低，从而影响了该金属元素掺杂的磷酸锰锂正极活性材料的电化学性能。此外，水热法也是一种常用磷酸锰锂或磷酸铁锂的方法，水热法由于使用液相法合成，离子间可以均匀混合，从而可以制备出较好晶型的正极活性材料，但通过水热法制备的磷酸铁锂或磷酸锰锂正极活性材料颗粒的粒径仍然偏大，还含有杂质，而且制备需要的反应时间较长。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种制备时间较短且具有较小尺寸的锂离子电池正极活性材料的制备方法，通过该方法获得的锂离子正极活性材料具有较好的电化学性能。

一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，其包括以下步骤：分别提供锂源溶液、二价锰源溶液、二价铁源溶液以及磷酸根源溶液，该锂源溶液、二价锰源溶液、二价铁源溶液以及磷酸根源溶液分别为锂源化合物、二价锰源化合物、二价铁源化合物以及磷酸根源化合物在有机溶剂中溶解得到，所述二价锰源化合物与所述二价铁源化合物为强酸盐；混合所述二价锰源溶液、二价铁源溶液以及磷酸根源溶液形成一第一溶液，其中所述二价锰源溶液与二价铁源溶液以锰:铁的摩尔比为0.9:0.1进行混合；将所述锂源溶液加入到所述第一溶液中形成一第二溶液；其中，所述二价锰源化合物、二价铁源化合物、磷酸根源化合物、以及锂源化合物在该第二溶液中的总浓度小于等于3mol/L；以及将该第二溶液在溶剂热反应釜中加热进行反应，得到反应产物LiMn_0.9Fe_0.1PO₄。

相对于现有技术，本发明实施例利用溶剂热的方式来制备正极活性材料LiMn_0.9Fe_0.1PO₄，通过在制备方法中控制二价铁源化合物以及二价锰源化合物的种类，以及二价锰源化合物、二价铁源化合物、磷酸根源化合物、以及锂源化合物在整个第二溶液中的摩尔浓度以及混合顺序，从而可获得纯相且结晶度较好的橄榄石型LiMn_0.9Fe_0.1PO₄。该方法所需的制备时间较短且可以获得具有均一尺寸的LiMn_0.9Fe_0.1PO₄纳米颗粒，而且该LiMn_0.9Fe_0.1PO₄纳米颗粒作为正极活性材料具有较好的电化学性能。

附图说明

图1是本发明实施例的锂离子电池正极活性材料制备方法流程图。

图2是本发明实施例1制备得到的LiMn_0.9Fe_0.1PO₄正极活性材料的XRD谱图。

图3是本发明实施例1制备得到的LiMn_0.9Fe_0.1PO₄正极活性材料的扫描电镜照片。

图4是本发明实施例2制备得到的LiMn_0.9Fe_0.1PO₄正极活性材料的扫描电镜照片。

图5是本发明对比例制备得到的LiMn_0.9Fe_0.1PO₄正极活性材料的XRD谱图。