[发明专利]一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将锰盐，铁盐，锂盐和磷源化合物充分溶解，经搅拌混合后放入烘箱中进行水/溶剂热反应；(2)将反应后的悬浊液离心分离，用蒸馏水和乙醇交替洗涤，干燥后可得磷酸锰铁锂前驱体；(3)向体积比为3:2的蒸馏水和乙醇的混合溶剂中加入碳源和上述前驱体材料，超声分散后，搅拌蒸干，得反应物料；(4)在氩气和氢气的混合气氛下，将所述反应物料置于管式炉中进行固相反应，然后冷却至室温，即可得到碳包覆的磷酸锰铁锂正极材料。本发明可制得纳米块状形貌的磷酸锰铁锂正极材料，具有高放电比容量和优异的倍率性能，且循环稳定性好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，近年来，越来越多的研究人员开始关注太阳能，风能，海潮能等清洁能源的收集与转化。锂离子电池作为储能设备凭借着循环寿命长、能量密度高、无污染等优点已广泛用于各种便携式电子产品中。正极材料是制约高性能锂离子电池发展的核心因素，因为它们在电池的重量，成本和体积中占了相当大的比重。目前，典型的锂离子正极材料主要是三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂以及具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料。

磷酸铁锂电池目前的应用领域包括新能源汽车、储能、5G基站等领域。目前，在新能源汽车领域磷酸铁锂材料已经逆袭三元正极材料，成为新能源汽车的主流动力电池。然而，随着人们对电动汽车提出更高的要求，磷酸铁锂电池的能量密度已经不能满足需求，因为其工作电压和理论容量不能令人满意。而另一种橄榄石正极材料磷酸锰锂的理论容量与磷酸铁锂相同，但它的工作电压可达4.1V，因此具有很高的理论能量密度(700Wh/Kg)，在完全放电的情况下，比磷酸铁锂高约21％。但磷酸锰锂的电子导电率和锂离子扩散系数极低，导致材料的容量难以发挥，此外，在长循环过程中，Mn³⁺会产生Jahn-Teller效应以及溶解等问题，导致其循环稳定性很差。

由于磷酸铁锂与磷酸锰锂的晶体结构基本相同，仅仅是晶格参数不同(Fe²⁺的半径为0.092nm，Mn²⁺的半径为0.097nm)。因此，结合磷酸锰锂和磷酸铁锂两者的优点，在过渡金属Fe²⁺位点掺杂Mn²⁺(或者在Mn²⁺位点掺杂Fe²⁺)，可以获得集安全性高、能量密度高、循环寿命长、合成成本低等优点于一体的磷酸锰铁锂正极材料。在相同条件下，磷酸锰铁锂的理论能量密度比磷酸铁锂高15～20％，但其成本较磷酸铁锂仅提高5～10％左右，被称为磷酸铁锂的升级版。

磷酸锰铁锂正极材料虽然具有上述优点，但其内在缺陷也十分明显。随着内部锰铁比例的增大，虽然材料能量密度增大，但电化学性能恶化十分严重，其放电容量，倍率性能和循环性能都将变差。

发明内容

本发明意在提供一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，从而解决该材料电子导电率较低的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锰盐、铁盐、锂盐和磷源化合物按摩尔比称量并分别用蒸馏水和乙二醇溶解后混合均匀，剧烈搅拌后放入水热鼓风烘箱中进行水/溶剂热反应；

(2)将步骤(1)所得反应后的悬浊液放入离心机中离心分离，用蒸馏水和乙醇交替洗涤，干燥后可得到淡黄色沉淀物，即磷酸锰铁锂前驱体；

(3)向体积比为3:2的蒸馏水和乙醇的混合溶剂中加入碳源和上述前驱体材料，超声分散后，搅拌蒸干，得反应物料；

(4)在氩气和氢气的混合气氛下，将所述反应物料置于管式炉中进行固相反应，然后冷却至室温，即可得到碳包覆的磷酸锰铁锂正极材料。