[发明专利]一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池。本发明提供的制备方法包括：(1)对含锰反应混合物进行水热反应，固液分离，得到含锰化合物；(2)将含锰化合物、含磷锂盐与碳源在溶剂中混合得到反应前驱体，将所述反应前驱体在惰性气体下煅烧，得到所述磷酸锰锂/碳复合正极材料。本发明还提供按上述方法制备的磷酸锰锂/碳复合正极材料以及含有此种正极材料的锂离子电池。本发明的制备方法工艺简单、过程易控、成本低、产率高，实现了对磷酸锰锂形貌的有效控制；本发明提供的磷酸锰锂/碳复合正极材料形貌多样，比容量和循环稳定性都很好。

技术领域

本发明属于新能源材料制备与应用领域，特别涉及一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池因其良好的循环稳定性、较高的能量密度、较高的工作电压平台及无记忆效应等特点而被广泛应用于新能源汽车、可移动电子设备及储能领域，前景十分广阔。其中，正极材料是锂离子电池最重要的组成部分，约占整个电池成本的30％，同时正极材料也是决定锂离子电池性能的关键。

目前，商业化的锂离子电池有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和不同配比的镍钴锰三元锂电材料。钴酸锂由于金属钴的昂贵、资源紧缺和污染等问题而限制了其商业应用。日韩新能源汽车多用锰酸锂作为动力电池，但是其高温循环性能未得到有效的解决，且能量密度较低，限制了新能源汽车的续航里程。磷酸铁锂正极材料具有较高的循环稳定性，并且在较高温度下仍有很好的安全性能，但是其工作电压平台较低，能量密度不高。三元材料具有较高的能量密度，若将其制备成动力电池用在新能源汽车上，能明显的提升续航里程，但是随着能量密度的增大，安全性能变得很差，常出现自喷爆，自燃现象。磷酸锰锂具有稳定的磷酸根结构，因此其高温稳定性能可以保证。此外其具有与磷酸铁锂相同的理论比容量，且具有较高的工作电压平台(4.1V)，如果其比容量发挥到与磷酸铁锂相同的水平，那么其能量密度将会较磷酸铁锂提升20％。

磷酸锰锂的制备方法很多，其中最常见的为将锰源、锂源和磷酸盐混匀，通过高温固相煅烧制得。但是该方法制得的磷酸锰锂具有颗粒分布不均匀、颗粒形态不可控等缺点，限制了其电化学性能的提升。

CN105070912A公开了一种球形锂离子电池正极材料磷酸锰锂的制备方法，首先采用共沉淀法，以LiOH·H₂O和H₃PO₄为原料，其反应沉淀煅烧后得Li₃PO₄。之后以多元醇辅助水热法，取MnSO₄·H₂O和上述Li₃PO₄，在PEG400-H₂O混合溶液中反应，将产物离心、干燥、过筛，得到LiMnPO₄。将上述LiMnPO₄与抗坏血酸球磨混合、煅烧，最终得到LiMnPO₄/C复合材料。本发明方法制备的LiMnPO₄/C复合材料呈球形，粒径尺寸在0.3～2μm之间。该专利提供的方法过程较为繁琐，且无法对磷酸锰锂正极材料的形貌进行有效地控制，只能得到球形产品。

因此，开发一种能够有效控制磷酸锰锂颗粒形貌的制备方法对于本领域有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池。本发明提供的制备方法可以有效控制最终得到的磷酸锰锂/碳(LiMnPO₄/C)复合正极材料产品的形貌，产品粒径分布均匀，工艺简单。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种磷酸锰锂/碳复合正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对含锰反应混合物进行水热反应，反应后固液分离，得到的固体为含锰化合物；