[发明专利]一种纳米片状磷酸锰锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本申请涉及一种在膨胀石墨表面原位生长纳米片状磷酸锰锂正极材料的制备方法正极材料的制备方法，通过膨胀石墨在反应过程中对材料的晶体生长以及团聚的抑制作用，使得磷酸锰锂颗粒具有良好的分散性，同时在含有羟基的溶剂与膨胀石墨的共同作用下，磷酸锰锂纳米片沿着有利于锂离子嵌入脱出的(020)优势晶面生长，并且磷酸锰锂纳米片与膨胀石墨以面‑面接触的形式相复合，形成了良好的导电网络，极大的提高了材料的倍率性能和循环稳定性。该材料能够满足动力锂离子电池在大电流下快速充放电的要求，在动力电池领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料与电化学领域，具体涉及一种在膨胀石墨表面原位生长纳米片状磷酸锰锂正极材料的制备方法正极材料的制备方法。

背景技术

随着对电动汽车和混合动力汽车的需求不断加剧，锂离子电池正极材料的发展不断加快。磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的重要代表，其商业应用十分成熟。而与磷酸铁锂晶体结构相同的磷酸锰锂，具有170mAhg-1高理论容量，循环稳定性也与磷酸铁锂接近，而磷酸锰锂拥有的4.1V的高电压平台使得全电池的能量密度比磷酸铁锂提高了20％左右，这一特性引起了人们的高度关注，这一材料被认为是已经商业化了的正极材料最具前景的替代品，然而由于自身结构原因所引起的导电性差，离子扩散速率低等缺点，导致其存在长时间循环后容量衰退严重以及倍率性能差等问题，这些问题极大的限制了其应用与发展。

目前改善磷酸锰锂电化学性能的方法主要有：一、合成具有特殊晶面的磷酸锰锂纳米粒子，通过对磷酸锰锂分子结构进行研究发现，在磷酸锰锂分子中的锂离子是沿着(010)方向进行一维扩散，因此缩短离子扩散距离从而提高离子扩散速率成为改善磷酸锰锂电化学性能的主要方法，通过合成具有(010)特殊晶面的磷酸锰纳米颗粒，可以有效提高离子扩散速率。如[J]

Hui Guo et alJournal of Materials Chemistry A.2014，2，10581-10588。二、在表面包覆一层导电涂层以提高磷酸锰锂导电性。最近几年石墨烯和还原氧化石墨烯作为碳材料在很多电极活性材料中都有应用，但其易团聚和表面含氧官能团还原不彻底会降低其导电性的缺点。同时石墨烯或还原氧化石墨烯作为负载面与电化学活性材料颗粒不同的接触方式也影响材料的导电性，如点-面接触，线-面接触等低效电子接触方式，对电化学性能的改善十分有限，采用面-面接触的方式能充分利用石墨烯或还原氧化石墨烯导电性。膨胀石墨作为石墨材料的一种具有与石墨相近的高比表面积，以及特有的分层结构使得其不易团聚，并且相对于氧化石墨烯，膨胀石墨含氧官能团的量大大减少，因此采用膨胀石墨作为导电网络能够极大的提高材料的导电性。

本发明试图利用膨胀石墨表面带有部分含氧官能团的特点，同时结合含有有羟基的有机溶剂进行溶剂热反应，使得具有(020)优势晶面的磷酸锰锂纳米片在膨胀石墨表面原位生长，颗粒与颗粒之间分散性好，并且以面-面相接触的方式与膨胀石墨相接触，所制备的材料在具备优异的的循环稳定性能和倍率性能，特别是高倍率性能，满足电动汽车和混合动力汽车对锂离子电池正极材料的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种纳米片状磷酸锰锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米片状磷酸锰锂离子电池正极材料的制备方法，包括：

将膨胀石墨加入含有醇类有机物的中，将锂盐溶于其中，配置成溶液A，其中溶液A中锂离子浓度为0.1-3.5mol/L，锂元素、膨胀石墨的质量比为2.5-7∶1；

将磷源溶于含有醇类有机物的中配制成磷酸根浓度为0.03-2.6mol/L的溶液B，将溶液B加入到溶液A中在搅拌条件下配置成溶液C，其中溶液B的溶剂与溶液A的溶剂体积比为0.4-0.8∶1；

将锰源溶于醇类有机物与水混合溶剂中配成锰离子浓度0.025-2.2mol/L的溶液D；