[发明专利]金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料及其制备方法，涉及电池材料技术领域。本发明所述金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料的化学通式为：Mn_xFe_yM_1‑x‑yPO₄/C；其中x和y为数字，且0.55≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.005≤1‑x‑y≤0.03；碳纳米管的含量为磷酸锰铁材料总质量的0.1‑0.5％；M为镁、钛、钴、锌、铷中的至少一种。本发明磷酸锰铁材料不带结晶水，产品纯度高，化合物中锰和铁均为正二价，晶体结构为单斜晶型，利用这种锰铁前驱体，加入适当的锂源可以直接得到导电性能优异的磷酸锰铁锂成品。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，涉及一种金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料及其制备方法。

背景技术

目前，磷酸铁锂由于具有较高的比能量、较长的循环使用寿命、结构稳定等优点已经被广泛应用于便携式电子设备、电脑、电动汽车领域。其中，磷酸锰铁锂材料因为具有类似磷酸铁锂的橄榄石结构，比容量为170mAh/g，放电电压高达3.9-4.0vs.Li，能量密度更是比磷酸铁锂高出20％，有望取代磷酸铁锂而成为新的电池正极材料。

但是，磷酸锰铁锂的电子电导率和离子扩算系数均很低，限制了材料的进一步应用。

现有技术中，合成磷酸锰铁锂的主要方法是将锂源、锰源、铁源、磷源等进行粗磨、砂磨、喷雾干燥和焙烧等工序，还有一种就是采用先合成锰铁前驱体，再与锂源和磷源等混合的方法，例如，公开号为CN102969506A的发明专利公开了一种改性磷酸铁锰锂及其前驱体的制备方法，就是采用先合成锰铁前驱体，再将锰铁前驱体与锂源和磷源等混合的方法。公开号为CN104518217A的发明专利公开了一种电池级磷酸铁锰及其制备方法。公开号为CN105449207A的发明专利公开了一种磷酸铁锰的制备方法及产品。但是这些方法得到的磷酸铁锰的导电性差，在后期制备磷酸锰铁锂的过程中，还是需要加入一些掺杂元素或者包覆物来提高产品的导电性。并且，这些磷酸铁锰在制备过程中都被氧化成三价态或者原料就是三价态，在后期的磷酸锰铁锂焙烧中需要碳进行还原，工序复杂。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料及其制备方法，解决了现有技术中磷酸锰铁锂的导电性差、纯度低的技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料，所述金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料的化学通式为：Mn_xFe_yM_1-x-yPO₄/C；

其中x和y为数字，且0.55≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.005≤1-x-y≤0.03；

碳纳米管C的含量为磷酸锰铁材料总质量的0.1-0.5％；

M为镁、钛、钴、锌、铷中的至少一种。

所述磷酸锰铁材料的粒度分布D50为15-23μm。

一种金属/碳纳米管复合掺杂的磷酸锰铁材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管制备成水性碳纳米管导电浆料，备用；

S2、将锰源、铁源、金属盐类、磷源按照摩尔比为x：y：1-x-y：1称取原料；

S3、将锰源和铁源置于水中，搅拌至溶解完全，再依次加入磷源、金属盐类，搅拌均匀后加入水性碳纳米管导电浆料、分散剂、还原剂，调节溶液pH＜3，得到混合溶液备用；

S4、将步骤S3得到的混合溶液置于反应釜内，升温度至100-200℃，反应5-36h，得到浆料；