[发明专利]一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法与电池

说明书

本发明涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法与电池，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合铁源、锰源、磷源、第一碳源和溶剂，干燥后进行烧结，得到碳包覆焦磷酸亚锰铁；(2)混合锂源、第二碳源、溶剂和步骤(1)所得碳包覆焦磷酸亚锰铁，干燥后进行烧结，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料。本发明中先制备碳包覆焦磷酸亚锰铁作为预处理前驱体，不仅可以保证铁和锰在材料中元素均匀分布，其可直接应用于现有技术中磷酸铁锂的设备产线上进行大规模生产，降低了成本，同时，碳包覆焦磷酸亚锰铁性能稳定可控易于长期保存，有利于提高实际生产中的可应用性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂材料的制备方法，尤其涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法与电池。

背景技术

锂离子电池的正极材料通常作为电池中的锂离子来源，决定电池的可逆充放电容量以及工作电压上限，是制约锂离子电池性能与成本的关键因素，目前一般选用电极电势较高的含锂化合物，如LiCoO₂、LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂、LiFePO₄/C或LiMn₂O₄等。Goodenough等研究者于1997年提出LiMPO₄材料可以作为锂离子电池正极材料以来，磷酸盐系正极材料便受到科研工作者的广泛关注，LiMPO₄材料因其原料来源广，成本低，环境友好，热稳定性好，安全性能优异等优点，作为动力电池正极材料，已经成功实现大规模商业化生产。但因磷酸铁锂电池具有能量密度低等缺点，推广一直受到影响。

同为磷酸盐系正极材料的磷酸锰锂，具有4.1V的放电平台，相对磷酸铁锂3.4V的放电平台而言，磷酸锰锂材料的能量密度有20％左右的提高。但磷酸锰锂材料由于Mn存在Jahn-Teller效应，会使得磷酸锰锂材料在循环过程中，其材料结构发生破坏，从而影响材料的循环性能。通过对大量的关于磷酸锰锂材料的制备工艺优化、表面修饰和元素掺杂改性的文献进行比较分析可知，铁元素取代锰元素后所得的磷酸锰铁锂材料，其锂离子扩散系数及电子电导率获得了有效提高，材料表现出较好的电化学性能，因而其有望在动力电池、低成本消费类电池市场。

在众多磷酸锰铁锂材料制备工艺中，固相法因其工艺简单，所需设备少，易于生产，成本较低等优点，在磷酸锰铁锂正极材料的制备中受到广泛应用。先合成均匀的铁锰前驱体，例如草酸亚铁锰、磷酸亚铁锰、磷酸铁锰、氧化铁锰等，再将其与碳酸锂、碳源混合煅烧制备磷酸锰铁锂材料的研究众多，但该制备方法的难点在于合成均匀的铁锰前驱体且工艺流程复杂。铁锰前驱体的元素不均匀性将影响材料离子传输速率、倍率性能、克容量发挥以及循环可逆性能等，致使其容量发挥、倍率性能和循环性能难以满足实际应用要求的指标，从而制约了磷酸锰铁锂材料的商业化应用进程。

因磷酸锰铁锂材料具有的超越磷酸铁锂的性能优势与前景，迫切需要开发一种适用于大规模生产高性能磷酸锰铁锂复合正极材料的新方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法与电池，通过先制备碳包覆焦磷酸亚锰铁作为预处理前驱体，再与锂源合成制备得到了压实密度高、克容量高且倍率性能和循环性能优异碳包覆磷酸锰铁锂材料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种碳包覆磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)混合铁源、锰源、磷源、第一碳源和溶剂，干燥后进行烧结，得到碳包覆焦磷酸亚锰铁；

(2)混合锂源、第二碳源、溶剂和步骤(1)所得碳包覆焦磷酸亚锰铁，干燥后进行烧结，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料。