[发明专利]一种球形磷酸铁锰锂纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锰锂球形纳米颗粒及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将锂源和磷源的混合溶液加入反应釜中，反复抽真空充氮气以排出空气，加入纯净的铁源和锰源的混合溶液，调节反应体系的pH值，密封反应釜进行反应，将反应产物冷却过滤、洗涤，得到第一前驱体；(2)将第一前驱体与磷源、锂源混合调整元素比例，然后与碳源混合，将混合物进行研磨、干燥处理，得到第二前驱体；(3)将第二前驱体在氮气保护下焙烧，得到球形磷酸铁锰锂纳米颗粒。本发明的制备方法操作条件温和，没有高压操作单元，工艺简单可控，制得的材料形状规整且颗粒相对均匀，倍率性能和低温性能进一步提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锰锂球形纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔膜、正负极材料等，其中正极材料的质量占有较大比例(正负极材料的质量比为3-4:1)，其性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低，因此锂离子电池正极材料成为锂离子电池研究的热门内容。

具有橄榄石结构的磷酸铁锂，因其具有的安全性、价廉性、环境友好性，作为正极材料在二次锂离子电池领域受到极大关注。但是由于其本身的电子导电性较差，且仅具有一维离子传输通道，其离子导电性也较差，造成此材料的电化学性能不能有效发挥。用锰原子替换部分铁原子，制备磷酸铁锰锂材料，仍可得到具有橄榄石结构的磷酸盐材料(LiFe_xMn_1-xPO₄)，此材料呈现3.45V和4.0V两个放电平台，锰的替代在理论上，提高了材料的能量密度，但是磷酸铁锰锂材料的低温放电性能和倍率性能指标仍有待提高。

材料的制备工艺决定材料的颗粒形貌和电化学性能。目前磷酸铁锰锂的制备工艺主要分为固相反应法和液相法。固相制备技术主要为采用磷酸铁、草酸亚铁、草酸锰、碳酸锂为原料，与葡萄糖混合后，在氮气保护下煅烧使之生成磷酸铁锰锂。固相合成方法反应时间较长，操作繁琐，效率不高，且能源消耗较大，得到的最终产物粒径分布不均匀，容易出现团聚等现象，且得到的产物比容量也往往不高。例如中国专利申请CN104466161A公开了一种磷酸锰铁锂材料的固相合成方法，将前驱体材料铁源、锂源、磷源、碳源、锰源按比例混合之后，加入分散剂进行球磨、烘干，在氮气保护气氛下分别进行一次烧结、二次烧结，最终得到LiMn_xFe_1-xPO₄材料。该方法需要经过两次煅烧，工艺时间长且能耗较高，制得的磷酸铁锰锂呈团聚状，分散性较差。