[发明专利]一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法。

背景技术

为响应国家低碳环保，节能高效的新能源号召，开发和使用新能源汽车已经成为未来世界汽车工业发展的必然方向。动力电池技术是新能源汽车发展的关键，以此同时，动力电池对正极材料的性能也提出了更高的要求，即正极材料不但要有较高的比容量，而且要有较高的比能量。众所周知，磷酸铁锂材料由于具有比容量高、循环寿命长、绿色环保、安全性极高等诸多优点被认为是新一代最具有发展前景的锂离子电池正极材料。然而该材料也存在一定的缺陷，即离子电导率低、比能量低。

发明内容

本发明提供一种在保证正极材料比容量的前提下，提高材料的放电平台，以便达到提高材料比能量目的的一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法，其特征在于：将前驱体材料铁源、锂源、磷源、碳源、锰源按比例混合之后，加入分散剂进行球磨、烘干，在氮气保护气氛下分别进行一次烧结、二次烧结，最终得到LiMn_xFe_1-xPO₄材料。

此方法中，前驱体材料按照Li/Fe摩尔比为1～1.05，掺碳量为0.5%～1.5%，一次烧结温度为350℃～450℃，烧结时间为2h～4h，二次烧结温度为600℃～800℃，烧结时间为7h～10h。

此方法中，所述球磨是利用行星式球磨机对前驱体材料进行球磨，球磨机的公转转速为50～400r/min，自转转速为100～800r/min，球磨时间为2～4h。

此方法中，所述球磨使用的球磨罐材质为氧化锆、氧化铝、玛瑙、尼龙、聚四氟乙烯或不锈钢中的一种。

此方法中，所述锰源为三氧化二锰、四氧化三锰、二氧化锰、碳酸锰中的一种或多种。

此方法中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、酚醛树脂、聚乙二醇中的一种或多种。

此方法中，LiMnxFe1-xPO4材料中x为0～0.8；x表示锰元素与锰、铁元素合量的摩尔比。

本发明的优点效果在于：由于本发明采用的这种方法，Mn²⁺/Mn³⁺相对Li/Li⁺电位为4.1V，Fe²⁺/Fe³⁺相对Li/Li⁺的电位为3.4V，对碳包覆磷酸铁锂材料进行锰离子掺杂改性，由于锰离子进入磷酸铁锂晶格内部，可以形成固溶LiMn_xFe_1-xPO₄材料，该材料具有两个明显的放电平台4.1V和3.4V，比能量得到了较大程度的提高，所以采用金属离子掺杂的方式对其进行改性，以便在保证材料比容量的前提下提高其比能量，制备工艺简单，成本低廉，颗粒形状规则，粒径大小为纳米级，粒度分布比较均匀，常温0.2C放电比容量为145mAh/g，比能量可达490wh/kg，与纯相LiFePO₄材料（比能量为476 wh/kg）相比，比能量提高了14 wh/kg。本发明公开一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法，属于锂离子电池技术领域。主要包括首先对前驱体材料进行球磨、高温烧结合成碳包覆LiFePO₄材料，通过掺杂锰源形成固溶体LiMn_xFe_1-xPO₄，达到提高材料放电平台与放电比能量的目的。本发明具备合成工艺简单、成本低廉、产物形状规则、粒度分布均匀、比能量较高等优点。 

附图说明

图1为本发明材料的SEM图；

图2为本发明的XRD图；

图3为本发明材料的0.2C放电曲线。

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：

本发明如图1、2、3所示，