[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂的制备方法，属于能源新材料技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池是一种绿色高能电池，广泛应用于各种便捷式电子产品和通讯工具，在电动汽车中具有良好的应用前景。

在聚阴离子类电池材料LiMPO₄中，以具有橄榄石结构的 LiFePO₄ 为例，是近年来研究的热门锂离子电池正极材料之一，其具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉等优点，使该材料在最近几年产业化速度加快，被广泛应用于锂离子动力电池。但是目前磷酸铁锂动力电池的放电平台较低，3.4V，室温电导率差，满足不了人们对动力电池要求。磷酸锰锂的电导率数量级为10^-14S/cm,比磷酸铁锂还要低5个数量级，意味着最大可能发挥该材料的电化学性能，势必要求磷酸锰锂的一次颗粒更加纳米化，碳包覆层更加完美。基于磷酸锰锂和磷酸铁锂材料的特性，可以制备两者的共融体磷酸铁锰锂，通过合适比例的Mn²⁺取代铁位原子，可以显著的将整体材料的还原电位从3.4V提高到4.1V、4.8V、5.1V。

其中，磷酸铁锰锂的各方面综合性能最高，实际应用中将体现在：电导率数量级介于磷酸铁锂和磷酸锰锂之间；在橄榄石晶体结构中，由于铁的还原电位比锰要低600-700mV，通过锰离子的取代比例可以保证相应比例的容量处于较高电位的领域，从而显著提高磷酸铁锰锂材料的能量密度，进而提高整体电芯的能量密度；更重要的是4.1V的还原电位处于目前多产业的电解液的电化学窗口以内，便于后续的大规模产业化推行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备温度低，反应时间短，工艺操作简单，且材料粒径均匀的LiFe_xMn_yPO₄锂离子电池正极材料机器制备方法。为此，本发明采用以下技术方案，它包括以下组分及制备步骤：

（1）混合物的组分

      称取锂源化合物、铁源化合物、锰源化合物、磷源化合物，按锂：铁：锰：磷摩尔比为1.0~1.2：0.1~0.9:0.1~0.9:1的比例混合均匀。

（2）前驱体的制备

     在球磨罐中事先用有机溶剂溶解2wt%~5wt%的碳源化合物，再将混合物放入球磨罐中进行球磨1~5h，将球磨后磷酸铁锰锂前驱体浆料放入化合炉中进行2-30min化合处理，得前驱体。

（3）合成磷酸铁锰锂

      取出前驱体研碎、压片，在惰性气体气氛中加热至600~900℃，并在600~900℃下持续煅烧5~20h，即得到目标产物碳包覆的磷酸铁锰锂。

      上述锂源化合物选自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂中的一种或多种。

      上述铁源化合物选自磷酸铁、氢氧化铁、醋酸铁中的一种或多种。

      上述锰源化合物选自草酸锰、乙酸亚锰、二氧化锰、氢氧化锰中的一种或多种。

      上述磷源化合物选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中的一种或多种。

      上述碳源化合物选自蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸中的一种或多种。

      上述有机溶剂选自工业酒精、无水乙醇、丙酮、去离子水中的一种或多种。

     上述惰性气体选自氩气、氦气、氮气中的一种。

    通过上述方法制备的锂离子正极材料磷酸铁锰锂结构式为LiFe_xMn_yPO₄/C，其放电平台为4.1V，使其具有高能量密度，同时本发明操作简单，对环境无污染，价格低廉，适合工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的LiFe_xMn_yPO₄/C的SEM图；

图2是本发明实施例1制得的LiFe_xMn_yPO₄/C的0.2C充放电容量-电压性能曲线图；

图3是本发明实施例1值得的LiFe_xMn_yPO₄/C的1C放电容量-循环次数性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1