[发明专利]一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料及其制备方法，更具体地说,本发明涉及一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料及其制备方法。

背景技术

橄榄石型结构的LiFePO₄具有对环境友好，能量密度高，特别优异的循环性能，最佳的安全性能等显著优点，并且其合成原料资源丰富，价格低廉，被一致公认为是制造高安全，低成本，长寿命的动力锂离子电池的最佳正极材料，是最具潜力的新能源材料之一，成为电池行业和新能源材料制造业的追捧对象。但磷酸铁锂存在着材料本身特性的缺陷：导电率低，倍率性能差，这极大的限制了其在实际领域中的广泛应用；并且制备过程相对复杂(原料种类多，难混合)；合成条件较为苛刻(惰性气体保护)；对设备要求较高(要有良好的气密性)，这就进一步限制了其大规模的产业化。

中国专利CN101521276公开了一种锂离子电池正极材料包覆碳的制备方法：将一定量的锂离子电池正极材料粉末放入聚丙烯腈溶液中，充分搅拌混匀，加热蒸发溶剂后，在空气气氛下，放入烘箱中在150～300℃下加热2～4h，得到黑色固体，再将所得的黑色固体放入高温炉中，在惰性气体保护下400～1200℃加热0.5～4h，便得到表面包覆了碳的锂离子电池粉状正极材料。

中国专利CN101521278公开了一种锂离子电池正极复合材料制备方法：采用高温分解法制备δ-MnO₂；采用离子注入法制备复合材料δ-MnO_2-X，其中X为过渡金属元素，将制得的δ-MnO₂以片状为基体，然后注入过渡金属离子；将复合材料制成电池正极片；刮下表层形成的δ-MnO_2-X作正极活性材料并与其它物质按比例混合并经涂膜、干燥、压片、烘干、称重等步骤制成锂离子电池正极片。由于采用离子注入技术，于层状二氧化锰的表注入一定量过渡金属离子，使层状二氧化锰改性，增强锂离子于该材料的电化学嵌入/脱出能力，提高层状MnO₂的放电比容量，制成的锂离子电池具有成本低、性能好、环保的优点。但其制备方法复杂，需要专业技术人员才能操作完成，人工成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种导电性能好、循环寿命长并提高现有动力电池用正极材料的能量密度的多元掺杂锂磷酸盐正极材料以及制备该正极材料的方法。

本发明所述一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料所采用的技术方案是：该正极材料通式为LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄/C，以LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄/C为基材，基材外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均匀分散在由碳材料微粒组成的导电网络中，其中0.03≤（x/2+y）≤0.10，0.02≤x≤y≤0.08，C由有机碳源化合物分解生成。

进一步地，所述有机碳源化合物为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸或聚乙二醇中的一种。

进一步地，所述有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1-10%。

进一步地，所述复合颗粒的粒径在0.5～5μm之间，其比表面积为12-35 m²/g。

进一步地，所述碳材料微粒的直径在5～50 nm之间。

本发明所述一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料的制备方法所采用的技术方案是，该方法包括以下步骤：

（1）将锂源化合物中的锂、铁源化合物中的铁、钛源化合物中的钛、锰源化合物中的锰、磷酸二氢铵按照1﹕（1-x-y）﹕0.5x﹕（0.1-y）﹕1的摩尔比的比例混合，同时加入碳或有机碳源化合物，碳或有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1～10%，形成原料混合物，其中，0.03≤（x/2+y）≤0.10，0.02≤x≤y≤0.08；

（2）将原料混合物分散于水或乙醇或丙酮溶剂中，原料固体与溶剂的质量比为1：1.5～2.5，在高能球磨机内以200-1000 r/min的转速球磨分散15～25小时，将得到的悬浮液通过高速离心式喷雾干燥机进行喷雾干燥，制备得到前驱分散体；

（3）在氩气气氛中，将前驱分散粉体以1～5℃/min的升温速度，在650～750℃的温度范围内热处理8～30h，然后自然冷却至100℃以下；