[发明专利]无碳磷酸盐系正极材料及其制备方法

说明书

本申请涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种无碳磷酸盐系正极材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：配制含掺杂离子的溶液；用离子交换膜将磷酸铁锂纳米颗粒溶液或磷酸锰锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开，进行离子渗透处理，然后干燥得到无碳磷酸盐系正极材料；其中，当用所述离子交换膜将所述磷酸铁锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开时，所述掺杂离子为二价锰离子；当用所述离子交换膜将所述磷酸锰锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开时，所述掺杂离子为二价铁离子。该制备方法工艺简单，成本低，而且通过对磷酸铁锂和磷酸锰锂进行改性，最终得到无碳磷酸锰铁锂导电性能高、且均一稳定，具有很好的应用前景。

技术领域

本申请属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种无碳磷酸盐系正极材料及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)是一种锂离子电池电极材料，主要用于各种锂离子电池，具有能量密度大、价格低廉、无毒性、不易造成环境污染等优点。但是，因其较低的电子电导率的缺陷，难以满足动力电池大倍率充放电的要求，且纯相磷酸铁锂的锂离子扩散速率极低，从而造成实际的比容量不高、以及高倍率性能差。磷酸锰锂(LiMnPO₄)作为一种替代材料，其安全性与磷酸铁锂接近，但其导电性很差，电子电导率甚至比磷酸铁锂还低。

目前解决磷酸铁锂导电性问题的方式是在磷酸铁锂表面制备碳包覆层；然而，碳材料包覆在磷酸铁锂表面存在如下缺陷：(1)容易造成比容量下降，导致振实密度降低；(2)磷酸铁锂一般都需要纳米化，而碳包覆层在纳米级磷酸铁锂颗粒表面很难做到均一、稳定包覆，使产品一致性比较难控制；(3)碳包覆层增加了材料的吸水性，给电池的制作工艺带来了更大的困难；导致锂离子扩散系数低。

因此，相关技术有待改进。

发明内容

本申请的目的在于提供一种无碳磷酸盐系正极材料及其制备方法，旨在解决如何制备导电性能高、且均一稳定的磷酸锰铁锂的技术问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种无碳磷酸盐系正极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

配制含掺杂离子的溶液；

用离子交换膜将磷酸铁锂纳米颗粒溶液或磷酸锰锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开，进行离子渗透处理，然后干燥得到无碳磷酸盐系正极材料；

其中，当用所述离子交换膜将所述磷酸铁锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开时，所述掺杂离子为二价锰离子；当用所述离子交换膜将所述磷酸锰锂纳米颗粒溶液与所述含掺杂离子的溶液隔开时，所述掺杂离子为二价铁离子。

本申请提供的无碳磷酸盐系正极材料的制备方法是一种利用掺杂离子渗透改性纯相磷酸铁锂或磷酸锰锂的方法，其用离子交换膜将磷酸铁锂纳米颗粒溶液或磷酸锰锂纳米颗粒溶液与含掺杂离子的溶液隔开，利用掺杂离子浓度形成的浓度差，进行离子渗透处理，使掺杂离子渗透掺杂在纯相磷酸铁锂或磷酸锰锂中得到无碳包覆的磷酸锰铁锂。该制备方法工艺简单，成本低，而且最终得到的无碳磷酸锰铁锂导电性能高、且均一稳定，具有很好的应用前景。

第二方面，本申请提供一种无碳磷酸盐系正极材料，该无碳磷酸盐系正极材料为不含碳材料的磷酸锰铁锂正极材料，所述无碳磷酸盐系正极材料由本申请的上述制备方法制备得到。

本申请提供的无碳磷酸盐系正极材料是由本申请特有的制备方法得到的无碳包覆的磷酸锰铁锂，该磷酸锰铁锂具有导电性能高、且均一稳定的特点，而且制备成本低，具有很好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。