[发明专利]一种锂离子动力电池用高性能磷酸锰锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料，特别是涉及一种锂离子动力电池用高性能磷酸锰锂材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、功量密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。应用于锂离子电池中的正极材料是其性能和成本的决定性因素。作为锂离子电池正极材料，磷酸锰锂具有工作电压高、放电平稳、成本低、安全性好等优点，非常适用于锂离子动力体系。磷酸锰锂材料应用于锂离子动力电池，将使电池系统的能量密度得到较大提高，相同组输出电压下串联单体数量减少，有助于提高电池组的可靠性。

磷酸锰锂的导电性差是其应用时需解决的关键问题。同时，由于锰元素常见的氧化态较多，在磷酸锰锂合成过程中锰元素的氧化态易发生改变而使材料不纯，性能变差。磷酸锰锂材料虽与磷酸铁锂结构非常相似，但其制备方法与磷酸铁锂有较大不同，并且影响该材料性能的部分因素也是其特有的。导电剂包覆、元素掺杂和减小一次粒子粒径是提高导电性的主要方法。制备方法方面，高温固相法和溶剂热法是常用的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种性能优异，循环稳定性突出的锂离子动力电池用高性能磷酸锰锂材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子动力电池用高性能磷酸锰锂材料的制备方法，依次包括以下步骤：

1）将含铝离子、锂离子和磷酸根的原料分别配制成水溶液；

2）用计量泵将原料溶液按比例注入常压反应釜进行反应；

3）反应完成后过滤分离得到固形物，并对固形物进行洗涤、干燥；

4）得到的固形物，与含锰离子的原料在溶剂热反应介质中混合，进行溶剂热反应；

5）反应完成后，过滤得到固形物，并对其进行洗涤、干燥；

6）以有机物为前驱体，对步骤5）得到的固形物进行包覆，然后在保护气氛下进行热处理；

7）产物进行粉碎、筛分、包装，得到目标产品锂离子动力电池用LiMnAl_x(PO₄)_1+x/C。

所述的含铝离子、锂离子的原料是可溶的盐、氢氧化物，含磷酸根的原料是磷酸或可溶的磷酸盐。

所述的原料注入摩尔比为：n(Li⁺)/3+1.05*n(Al³⁺)=1.05*n(PO₄^3-)，n(Al³⁺):n(Li⁺)=(0.002～0.02):1。

所述步骤2）原料溶液注入的方式为下述五种方式之一：

1）在注入PO₄^3-溶液的过程中，同时注入少量的Al³⁺溶液，然后交替注入Li⁺溶液和Al³⁺溶液，直至PO₄^3-溶液注入完成；或

2）在注入PO₄^3-溶液的过程中，同时注入少量的Li⁺溶液，然后交替注入Al³⁺溶液和Li⁺溶液，直至PO₄^3-溶液注入完成；或

3）在注入PO₄^3-溶液的过程中，同时先注入Al³⁺溶液，完成后注入Li⁺溶液，直至PO₄^3-溶液注入完成；或

4）在注入PO₄^3-溶液的过程中，同时先注入Li⁺溶液，完成后注入Al³⁺溶液，直至PO₄^3-溶液注入完成；或

5）同时注入3种溶液。

所述的含锰离子的原料是二价锰的可溶盐，二价锰的可溶盐的加入量与步骤3）得到的固形物的磷元素含量等摩尔。

所述的溶剂热反应介质是乙二醇、丙三醇、聚合度≥2的聚乙二醇中的一种与水的混合物。

所述的溶剂热反应温度为100～200℃，反应时间为2～24h。