[发明专利]一种核壳结构的纳米磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种纳米磷酸锰铁锂复合材料，具体地，所述复合材料包括核壳结构和任选的包覆所述核壳结构的外碳层，其中，所述的核壳结构包括：(i)核芯，所述核芯的化学组成为LiMn_1‑(x‑a)Fe_x‑aPO₄，其中0.05≤a≤x≤0.6；和(ii)核壳，所述核壳为磷酸铁锂；并且所述复合材料的粒径为10‑900nm。本发明还公开了所述复合材料的制备方法和应用。本发明所述复合材料利于提高锂离子电池电化学性能且制备工艺可操作性强、易于控制且成本低。

主权项

1.一种制备复合材料的方法，所述复合材料包括核壳结构和包覆所述核壳结构的外碳层，其中，所述的核壳结构包括： (i)核芯，所述核芯的化学组成为 LiMn_1‑(x‑a)Fe_x‑aPO₄ ，其中0.05≤a≤x≤0.6；和 (ii)壳，所述壳为磷酸铁锂；并且所述复合材料的粒径为20‑200nm；所述外碳层的厚度为1‑15nm；所述核芯：壳：外碳层的厚度比为20‑200：1‑50：1‑15；其特征在于，所述方法包括如下步骤： (a) 制备核壳结构，包括： (a‑1) 提供第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，其中，所述第一混合溶液是如下制备的：将锰源化合物、磷源化合物、和/或铁源化合物溶于溶剂中，得到第一预混溶液；将溶剂添加剂加入第一预混溶液中，得到第一混合溶液；所述第二混合溶液是如下制备的：将铁源化合物和磷源化合物溶于溶剂中，得到第二预混溶液；将溶剂添加剂加入第二预混溶液中，得到第二混合溶液；所述溶剂为去离子水；所述溶剂添加剂为高沸点溶剂；所述溶剂添加剂的沸点＞150℃；所述第三混合溶液是如下制备的：将锂源化合物溶于溶剂中，得到第三混合溶液； (a‑2) 在搅拌条件下，按核芯 LiMn_1‑(x‑a)Fe_x‑aPO₄ 的元素的化学计量比，将第三混合溶液加入第一混合溶液中，得到第四悬浊液； (a‑3) 在搅拌条件下，将第二混合溶液加入第四悬浊液中，得到第五悬浊液； (a‑4) 在搅拌条件下，按壳磷酸铁锂的元素的化学计量比，将第三混合溶液加入第五悬浊液中，进一步搅拌所得悬浊液，得到第六悬浊液； (a‑5) 将所述第六悬浊液进行加热反应，形成所述的核壳结构； (b) 在所述核壳结构外包覆外碳层，包括： (b‑1) 将碳源化合物溶于或分散于溶剂中，得到第一溶液； (b‑2) 在搅拌条件下，将步骤(a‑5)所得核壳结构加入到所述第一溶液中，待所述核壳结构被完全浸润后，蒸干所得溶液； (b‑3) 在惰性气氛下，烧结步骤(b‑2)所得产物，得到所述复合材料。