[发明专利]高倍率磷酸铁锰锂复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种高倍率磷酸铁锰锂复合材料及其制备方法、锂离子电池。制备方法包括以下步骤：将锂源、铁源、锰源、磷源、碳源和添加剂在溶剂中，搅拌混匀，得到磷酸铁锰锂的前驱体浆料A；将碳纳米管水性浆料和石墨烯水性浆料混合、分散均匀，得到混合浆料B；将前驱体浆料A和混合浆料B混合后，经研磨至粒径D50为50nm～1000nm，得到混合浆料C；将混合浆料C干燥后，于保护气氛中进行煅烧处理，粉碎后，得到高倍率磷酸铁锰锂复合材料。该方法制备的复合材料的粒径为纳米级，碳纳米管和石墨烯均匀地分散在其中，并与具有碳包覆层的磷酸铁锰锂颗粒共同形成点‑线‑面三维网络结构，提高复合材料的电子迁移率，使复合材料具有高倍率性能和优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种高倍率磷酸铁锰锂复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

随着新能源行业的不断发展，锂离子电池备受瞩目，而作为锂离子核心的正极材料，占据了整个锂离子电池成本的35％以上，同时也决定着锂离子电池的性能。目前商业化的正极材料种类繁多，而磷酸铁锂和磷酸铁锰锂无疑是现阶段较为有前景的两款锂离子电池正极材料。目前市场上已经在大量使用磷酸铁锂正极材料，其相对三元材料具有更好的安全性能，更优异的循环性和更低廉的价格，但是其较低的能量密度和较差的导电性一直制约着磷酸铁锂的发展。磷酸铁锰锂由于和磷酸铁锂的晶型结构相似，所以也具备了磷酸铁锂的性能优势，而且，由于其相对磷酸铁锂具有更高的电压平台、更高的能量密度和更好的低温性能而逐渐被更多的研究人员青睐。

然而，磷酸铁锰锂在实际生产应用中还存在很多问题，如它具有与磷酸铁锂相似的橄榄石晶体结构限制了锂离子的移动空间，使得锂离子的脱嵌过程局限于二维可移动空间，导致磷酸铁锰锂的离子和电子电导率甚至比磷酸铁锂还低，较低的离子和电子电导率必然影响材料的倍率性能和容量的发挥。为了克服磷酸铁锰锂材料的上述缺陷，研究人员通常会确定最优的铁锰比例并对其进行改性，在众多的改性手段中，最常用的主要有掺杂、包覆和纳米改性三种，这些方法虽然在一定程度上可以提高材料的性能，但是均存在某些方面不足。比如采用共沉淀法控制磷酸铁锰锂前驱体粒径，然后通过补锂和金属元素掺杂来提高材料的性能，虽然材料的0.1C放电比容量可达155mAh/g左右，但0.2C的放电比容量却只有140mAh/g左右，材料的倍率性能依然较差；采用碳源包覆并掺杂含氮氧化物来修复磷酸铁锰锂的晶格界面，阻止过渡金属离子在电解液中的溶解，增强材料的循环寿命和循环稳定性，但是该材料的制备方法复杂，且材料性能的一致性难以控制；还有通过添加碳纳米管或石墨烯来提高材料的导电性进而提高材料的整体性能，但是取得的效果并不明显，无法满足市场对高倍率磷酸铁锰锂材料的需求。

发明内容

基于此，有必要针对磷酸铁锰锂材料电导率低和高倍率下容量较低的问题，提供一种高倍率磷酸铁锰锂复合材料的制备方法，该方法制备得到的磷酸铁锰锂复合材料的电导率高，具有优异的电化学性能。

一种高倍率磷酸铁锰锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂源、铁源、锰源、磷源、碳源和添加剂在溶剂中，搅拌混匀，得到磷酸铁锰锂的前驱体浆料A；

将碳纳米管水性浆料和石墨烯水性浆料混合、分散均匀，得到混合浆料B；

将所述前驱体浆料A和所述混合浆料B混合后，经研磨至粒径D50为50nm～1000nm，得到混合浆料C；

将所述混合浆料C干燥后，于保护气氛中进行煅烧处理，粉碎后，得到磷酸铁锰锂复合材料；