[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源枯竭及对环境保护要求，锂离子电池作为一种清洁、绿色电池被广泛应用，而锂离子电池正极材料是限制锂离子电池在动力方面广泛应用，目前商业化的正极材料中磷酸铁锂具有安全性好、环境友好、倍率充放电特性和循环稳定性好、原材料丰富廉价等优点，但其放电电压平台较低(3.4V)，从而影响了其能量密度发挥。而磷酸锰锂具有同样橄榄石结构，理论克容量接近170mAh/g，其放电电压平台较高(4.1V)，理论能量密度达到697Whkg^-1,比磷酸铁锂的能量密度(578Whkg^-1)高出20％，但由于其在充放电过程中存在Mn³⁺的Jahn-Teller效应造成晶格的扭曲，Mn³⁺的溶解以及更低的锂离子扩散速率和电子电导率等不利因素，从而导致电性能不能有效发挥，所以可以结合二者的优势，合理调控Mn与Fe的比例，将一部分的Mn取代Fe制备出具有高能量密度以及较高电导率的磷酸铁锰锂正极材料。

目前关于磷酸铁锰锂的合成方法已有许多的制备方法，早在2005年，公布号为CN1632970A的专利文献公开了一种高密度球形磷酸铁锂及磷酸锰铁锂的制备方法，其方法是先将硫酸亚铁、磷源、络合剂或在其中再加入硫酸锰，按比例混合后配成混合物水溶液，再用氨水溶液反应合成磷酸亚铁铵或磷酸锰亚铁铵前驱体，洗涤干燥后与碳酸锂以摩尔比1:1均匀混合，在氮气气氛保护下，经过600～900℃高温热处理8～48小时得到磷酸铁锂或磷酸锰铁锂。然而上述方法中都有使用氨水，导致制备条件有时不受控制、操作环境较差，不易工业化生产。

公布号为CN 103280579A的专利文献公开了一种高性能锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂及其制备方法。利用固相法将单独的铁源、锰源、锂源、磷源和碳源球磨混合后制备出磷酸铁锰锂/碳前驱体，然后经过二次烧结制备Fe/Mn＝4:6的磷酸铁锰锂/碳复合材料。然而使用该方法制备的磷酸铁锰锂中铁与锰只是通过球磨方法达到分子级别的混合，难以达到铁与锰原子级别的均匀混合，导致材料的一致性较差。

公布号为CN 104701536 A的专利文献公开了是一种喷雾干燥法制备高性能LiFePO4/C锂电池正极材料的工艺。其技术方案是：通过往前驱体溶液中添加聚乙烯醇(PVA)添加物作为辅助模板，采用有机物辅助喷雾干燥法成功地制备了高性能的具有二级结构的球状LiFePO4/C锂电池正极材料。同时优化PVA的添加量和前驱体焙烧温度，改良工艺，适应工业化大规模生产的需要。该发明的特点是：以PVA作为有机添加剂制备的样品材料不仅具有漂亮的形貌、而且具有非常优异的电化学性能。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种锂离子电池正极材料LiFe_xMn_yPO₄/C及其制备方法，利用本发明的制备方法不仅提高了材料的电化学性能，同时也提高了材料的振实密度，对于动力锂离子电池有很好的应用价值。

一种锂离子电池正极材料，为球形结构，外表面为碳包覆层，内部包含LiFe_xMn_yPO₄纳米粒子，所述锂离子电池正极材料的粒径为5-15μm，碳含量为0.5％-10％，振实密度为1.3-1.6g/cm³，其中0＜x≤0.5，0.5≤y＜1，x+y＝1。

作为优选，所述锂离子电池正极材料的粒径为11.8-14.2μm，碳含量为1.9-3.2％，振实密度为1.32-1.54g/cm³。

本发明提供的LiFe_xMn_yPO₄/C复合正极材料表面碳包覆均匀，具有较高的比容量，可达到150mAh/g以上；首次库伦效率大于95％；0.5C下循环100次保持率在94％以上。

作为优选，所述LiFe_xMn_yPO₄纳米粒子的粒径200-300nm。

本发明还提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以锂源化合物、铁源化合物、锰源化合物、磷源化合物为原料进行水热溶剂热反应，将生成的沉淀物洗涤、干燥后，与含碳有机物水溶液混合均匀，喷雾干燥制得粉末；