[发明专利]一种磷酸锰钒锂正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰钒锂正极材料的制备方法。制备方法如下：首先制备磷酸锰钒前驱体；将初始原料锰源化合物、钒源化合物、磷源化合物按摩尔比称量并混合，然后倒入液相介质中在自动搅拌机上搅拌；在搅拌后的液体中加入氨水作为缓冲剂，再加入氢氧化钠调节pH值，溶液中出现沉淀后过滤出沉淀物，反复洗涤干燥后粉碎，高温脱水获得前驱体；将高温脱水后的前驱体混入锂源和碳源研磨粉碎；将干燥粉末材料在无氧环境烧结后进行研磨粉碎，形成最终产品。制备的磷酸锰钒锂粒径小，粒度分布均匀，易于包覆和掺杂改性，性能优良，并且质量高结构稳定，更好地改善材料性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰钒锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，环境问题日益突出。近年来国内雾霾天气持续加重，这更导致了人们对环境改善的迫切要求。伴随着国家新能源战略的兴起，锂离子电池作为一种清洁能源，因其体积小、能量密度高、安全环保备受关注。作为其主要的组成部分的正极材料也取得了长足的发展。人类社会现在所面临两个主要的新能源问题：一是原始能源材料的研究和新型能源的开发，二是对二次能源的储存和使用，特别是轻便可移动的储存设备。

锂离子电池作为一种新能源已经得到了研究领域的广泛关注。作为继镉镍、镍氢电池之后新一代二次电池，正极材料对于提高锂离子电池的工作电压、比能量、循环寿命等重要性能至关重要。磷酸锰锂正极材料的理论容量为171mAh/g相对的Li⁺/Li的电极电位约为4.1V，理论容量密度高。另外合成磷酸锰锂的原料成本低，使其在动力电源领域具有极大的市场前景。然而，在放电过程中，过多的Li⁺会嵌入到LiMn₂O₄中，甚至会形成Li₂Mn₂O₄，在放电到3V时会出现，此时伴随材料从立方晶相向四方晶相的转变。这种晶相转变的主要原因是Jahn–Teller变形，导致晶胞体积增大，晶胞体积增大的最直接影响是电池在放电循环中电极材料的坍塌，从而使放电容量急剧衰减。磷酸钒锂作为具有NASCION三维框架结构正极材料，也被应用到锂离子电池中。其所有的阳离子都通过很强的共价键P⁵⁺构成稳定的(PO₄)^3-聚阴离子基团，因此晶格中的氧原子不易丢失，具有稳定的热力学性质。此外，由于磷酸钒锂中PO₄四面体和VO₆八面体通过共用顶点氧原子而形成三维骨架结构，结构的优势有利Li⁺脱出和嵌入，因此磷酸钒锂具有优异的导电性能和高倍率性能。但是磷酸钒锂实现了三个锂的可逆脱嵌，需要充电至4.8V，会加剧电解液的分解，导致容量衰减严重。同时，钒的价格较高，如果大规模的作为动力电池正极材料，势必会造成电池成本大幅上升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开了一种磷酸锰钒锂正极材料的制备方法。

本专利为解决现有技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种磷酸锰钒锂正极材料的制备方法；所述磷酸锰钒锂正极材料的分子式为LiMn_x/3V_2-x/3PO₄(0x1)；所述制备方法如下：

S1、首先制备磷酸锰钒前驱体；将初始原料锰源化合物、钒源化合物、磷源化合物按摩尔比称量并混合，各元素的摩尔比为Mn：V：P＝x/3：(2-x)/3：1，然后倒入液相介质中在自动搅拌机上搅拌；

S2、在搅拌后的液体中加入氨水作为缓冲剂，再加入氢氧化钠调节pH值至6-8，溶液中出现沉淀；然后过滤出沉淀物，反复洗涤干燥3～10遍后粉碎，100-200℃高温脱水获得前驱体；