[发明专利]一种高能量密度锂离子二次电池正极材料LiMnPO4/C的制备方法

说明书

本发明属于锂离子二次电池领域，涉及一种高能量密度锂离子二次电池正极材料LiMnPO₄/C的制备方法。该方法以混合态锰氧化物为锰源，高能球磨辅助固相反应合成纳米LiMnPO₄/C复合材料。纳米颗粒内部近似火龙果结构，弥散状导电碳与LiMnPO₄相间分布，颗粒之间嵌有连续的导电碳网，一次颗粒粒径约50nm～80nm。本发明以混合态锰氧化物为锰源，降低了固相反应温度。弥散状和连续状导电剂有益于电子导电，纳米颗粒缩短了锂离子传输路径，有利于提高电池充放电过程中的离子迁移率，提升LiMnPO₄/C正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池正极材料的制造技术领域，尤其涉及一种具有纳米尺度的LiMnPO₄/C材料的合成方法。

背景技术

作为锂离子动力电池正极材料，要求其能量密度高，稳定性好。目前，橄榄石结构的正极材料是锂离子动力电池正极材料的研究热点。但是，LiFePO₄/C和LiMnPO₄作为正极材料都存在着电导率低的问题。在提高活性材料的电导率方面，多采用导电剂包覆技术。但是，目前的包覆技术尚存在着诸多问题。

例如，含量过高的导电剂导致锂离子的迁移率降低；而导电剂的存在形式可能影响电子电导，仅存在于一次颗粒之间的导电剂不能从根本上提高活性材料的电子电导率。与相同结构的LiFePO₄比较，LiMnPO₄具有能量密度高、成本低的优点。因此开发高能量密度的LiMnPO₄/C正极材料具有现实意义。

目前，采用的制备技术主要包括低温制备活性材料LiMnPO₄、包覆导电剂、前躯体和高温煅烧三个阶段。低温制备的材料结晶度低，循环性能差；导电剂前躯体包覆在一次颗粒表面，甚至是一次颗粒的聚集表面，很难实现导电剂的均匀包覆，这种包覆技术不能从根本上提高电子电导率；第三阶段的高温煅烧容易引起颗粒重结晶，颗粒异常长大，导致正极材料的倍率性能降低。

综上所述，此技术存在活性材料的粒径偏大，粒度分布均一性差，导电剂包覆不均匀，能耗高，工艺过程繁冗等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供了一种经济、低能耗、实施便捷的制备高能量密度锂离子二次电池正极材料LiMnPO₄/C制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种高能量密度锂离子二次电池正极材料LiMnPO₄/C的制备方法，利用稳定、廉价的锰氧化物为锰源制备纳米LiMnPO₄/C正极材料；

采用两种或两种以上的纳米锰氧化物作为锰源有利于降低固相反应温度，在较低温度下生成液相，降低固相反应中离子的扩散位垒；

低温炭化得到的导电碳颗粒成为非均相成核大的界面，降低了成核的位垒。

随着晶核长大和碳热还原的过程，最后制备成包含弥散状导电碳的LiMnPO₄/C一次颗粒，一次颗粒外层包裹着无定形碳，无定形碳相互连接成连续的导电剂阵列。

弥散状和连续状导电剂提高了电子导电能力，从而提高了LiMnPO₄/C正极材料的电化学性能。