[发明专利]一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用

说明书

本发明涉及一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用，将磷酸二氢锂、锰源和乳酸钛铵盐螯合物溶解于水中形成混合液，将所述混合液进行喷雾干燥得到前驱体；将所述前驱体与有机碳源混合后进行煅烧，冷却后得到碳包覆磷酸钛锰锂复合材料。将碳包覆磷酸钛锰锂复合材料应用于锂离子电池中作为电极材料，组装的锂离子电池较好的稳定性和较高的库伦效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用。

背景技术

能源和环境问题是现今饱受关注的问题，随着科技的进步，能源需求不断增大，随之而来的环境污染也日渐严峻。化石能源的枯竭和环境恶化的窘境迫使人们不断寻求探索新能源体系。高效利用这些能源体系需要更多新兴技术的加持。因而开发高效便捷的储能技术对于改变现有的能源结构，发展新兴能源至关重要。

相比较锂而言，金属钠虽然具有较高的理论比容量和较低的电化学电位，以及更加低廉的价格，但是金属钠仍然存在一些比较严重的问题亟待解决。比如金属钠作为负极在连续的充放电过程中会形成严重的枝晶穿透隔膜，导致电池短路。Yi-Sheng Hong(Energy Storage Materials，2018，18-126)等人在准零电化学下和外加力学场作用下，研究锂和钠树枝状晶体的化学和机械稳定性，研究表明，由于金属钠相较金属锂更加活泼，锂枝晶在常规锂离子电解液中保持相对稳定的状态，而钠枝晶在不同的电解液中呈现出不同的消溶行为。所以，目前市场仍是以锂离子电池占主要份额。

磷酸钛锂LiTi₂(PO₄)₃是锂离子电池负极材料的一种，它属于NASCION型快离子导体材料，它的结构是最适合锂离子迁移的晶格尺寸。LiTi₂(PO₄)₃材料具有稳定的晶体框架、灵活的充放平台、循环性能较好等优点，是极具潜力的锂离子电池电极材料。但是由于磷酸钛锂材料的电子电导率较低、稳定性不够，限制了其应用范围。

发明内容

为了解决现有磷酸钛锂材料电子电导率较低、稳定性不够的技术问题，而提供一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料及其制备方法及其在锂离子电池中的应用。本发明方法对磷酸钛锂进行掺杂金属锰并包覆碳，获得了碳包覆磷酸钛锰锂材料，将其应用于锂离子电池的电极材料中，获得的锂离子电池其倍率性能和稳定性均有很大幅度提升。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：将磷酸二氢锂、锰源和乳酸钛铵盐螯合物溶解于水中形成混合液，将所述混合液进行喷雾干燥得到前驱体；将所述前驱体与有机碳源混合后进行煅烧，冷却后得到碳包覆磷酸钛锰锂复合材料。

进一步地，所述锰源为醋酸锰、碳酸锰、硫酸锰中的一种；所述有机碳源为柠檬酸和/或葡萄糖。

进一步地，所述磷酸二氢锂、所述锰源和所述乳酸钛铵盐螯合物的质量比为4:(3-4):(7-8)；所述混合液的溶质质量分数为14％～15％。

进一步地，所述喷雾干燥的出口温度为100℃、进液速度为15rpm。

进一步地，所述前驱体与所述有机碳源的质量比为1:(0.1～0.8)。

进一步地，所述煅烧的过程是采用管式炉于温度为600℃～850℃的惰性气体气氛中进行烧结4h～12h。

一种根据上述制备方法制得的碳包覆磷酸钛锰锂复合材料。

一种根据上述制备方法制得的碳包覆磷酸钛锰锂复合材料在锂离子电池中的应用，所述碳包覆磷酸钛锰锂复合材料作为锂离子电池的电极材料。

有益技术效果：