[发明专利]一种复合多元磷酸铁锰钒锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合多元磷酸铁锰钒锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将锂源、铁源、锰源、钒源、磷源和碳源按一定比例混合，在研磨机中充分研磨、细化，得到浆料a；2)将上述浆料a在微波炉中微波干燥一定时间，冷却至室温后取出，得到前驱体b；3)将上述前驱体b，加入到气氛烧结炉中高温烧结一定时间，冷却至室温后，得到磷酸铁锰钒锂正极材料。本发明操作简单、可控性强，适合工业大批量生产，通过较低的成本合成了具有多种优点的锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种复合多元磷酸铁锰钒锂正极材料的制备方法。

背景技术

自1997年Goodenough发现橄榄石结构的磷酸铁锂材料以来，磷酸盐正极材料受到了锂离子电池行业的广泛关注。各种磷酸盐正极材料因其独有的特点，通过复合及一些其他改性手段得到了充分的应用。

磷酸铁锂具有稳定的橄榄石型结构，安全性能好，循环性能优异，环境友好，资源丰富等优点，因而得到了广泛的应用；但磷酸铁锂的缺陷也是不容忽视的，比如：锂离子传导率低，工作电压低，能量密度低等。磷酸锰锂材料也是橄榄石型结构的正极材料，与磷酸铁锂相比具有更高的工作电压与能量密度，但是电子电导率和锂离子扩散速率较低，限制了它的应用。磷酸钒锂材料是单斜结构的正极材料，具有较高的工作电压、锂离子传导率和能量密度以及优异的低温性能，但是电子电导率较低。

基于不同磷酸盐正极材料的特点，业内研究人员通过两种或多种材料按一定比例复合的方法得到的复合材料可以有效的结合各种材料的优点，进而使正极材料充分的发挥各自的优点而不受缺点的限制。例如，中国专利公开号CN104269530A公开了一种水热合成磷酸铁锂-磷酸钒锂复合材料的方法，该发明工艺流程简单、原料来源广、成本低、能耗低，同时该发明得到的正极材料粒径分布较均匀、分布更为细小，所制得的磷酸铁锂-磷酸钒锂产品均一性好、反应活性高、电化学性能优异。中国专利公开号CN105129758A公开了一种多孔磷酸锰钒锂正极材料，磷酸锰钒锂复合正极材料不仅综合了磷酸钒锂和磷酸锰锂的优势，更因锰钒元素互相掺杂而得到了优异的倍率性能，但其大倍率下的循环性能仍待改善，该发明制备的正极材料在5C倍率下循环50次后容量保持率仅为93.98％。中国专利公开号CN111933915A公开了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，该磷酸锰铁锂正极材料的化学通式为Li_xM_yMn_zFe_1-zPO₄/C，其中，M为掺杂元素，0.99≤x≤1.07，0≤y≤0.05，0.6≤z≤0.8；该发明提供的磷酸锰铁锂正极材料主要用于制备锂离子电池，采用非化学计量比对材料进行少量掺杂，在设计上不用占位；并且，该正极材料不仅可对晶格参数有修饰作用，还可对本征材料有一定的包覆改性作用；通过上述双重作用可实现电导率大幅改善，即而达到提高材料电导率的目的，从而提高材料的放电容量和倍率性能。中国专利公开号CN106486668A公布了一种共沉淀法制备磷酸铁锰钒锂前驱体材料的办法，将可溶性三价铁源、二价锰源、五价钒源与磷源、氨水共沉淀制备前驱体，混合简化了前驱体的合成步骤，进而获得纯度较高的磷酸铁锰钒锂材料。贺志龙,田爽,刘兆平,等.磷酸锰铁锂复合三元体系及对复合方式的研究[J].电源技术,2019,43(11):1745-1748.将LiMn_0.75Fe_0.25PO₄与LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂以常规搅拌方式制成复合正极，搭配常规人造石墨及陶瓷隔膜，所组装的电池表现出与三元电池相似的电压平台和能量密度，更优的低温性能。以上实例证明，多种正极材料的复合是一种提高正极材料性能的有效方法，但以上实例均不适合于工业上的大规模生产。