[发明专利]一种磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法

摘要

本发明公开一种磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂复合正极材料，其组成通式为LiMn_xFe_1‑xPO₄/LiMn_yFe_1‑yPO₄/LiFePO₄/C，其中，核材料的组成通式为：LiMn_xFe_1‑xPO₄，壳层材料的组成通式为LiMn_yFe_1‑yPO₄，包覆层材料的组成通式为LiFePO₄/C，并且，0.8≤x≤0.9，0.2≤y≤0.4，同时，核材料所占重量百分数为60~80%，壳层材料所占重量百分数为15~30%，包覆层材料中磷酸铁锂所占重量百分数为3~7%，包覆层材料中碳所占重量百分数为2~3%。本发明采用共沉淀法与水热法相结合得到核壳型磷酸锰铁锂粒子，再与锂源、铁源、磷源、碳源混合后进行水热反应得到目标产物。采用本发明方法制得的产品颗粒球形形貌规则，并且极大程度地降低了正极材料中锰的溶解，电池的循环性能得到大幅度提升。

主权项

1.一种磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料组成通式为LiMn_xFe_1‑xPO₄/LiMn_yFe_1‑yPO₄/LiFePO₄/C，其中，核材料的组成通式为：LiMn_xFe_1‑xPO₄，壳层材料的组成通式为LiMn_yFe_1‑yPO₄，包覆层材料的组成通式为LiFePO₄/C，并且，0.8≤x≤0.9，0.2≤y≤0.4，同时，核材料所占重量百分数为60～80％，壳层材料所占重量百分数为15～30％，包覆层材料中磷酸铁锂所占重量百分数为3～7％，包覆层材料中碳所占重量百分数为2～3％；其中，所述磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法包括以下步骤：(1)结晶性Mn_xFe_1‑xPO₄无水化合物：按Mn:Fe的摩尔比为x:1‑x称取锰源、铁源，混合在乙醇中，搅拌的同时加入H₃PO₄溶液，在30℃下反应4～7h后得到灰绿色的沉淀，将产物进行抽滤、洗涤，于80℃真空干燥24h后，在保护性气氛下，于650～800℃温度下焙烧10～20h，得到结晶性Mn_xFe_1‑xPO₄无水化合物；(2)核壳型磷酸锰铁锂：将步骤(1)结晶性Mn_xFe_1‑xPO₄无水化合物与锰源、铁源、磷源和锂源按化学计量比混合在去离子水中，搅拌均匀形成悬浊液后转移至水热反应釜中，在150～200℃的烘箱中反应8～15h，产物进行抽滤、洗涤，于80℃下烘24h后，在保护性气氛下，于650～800℃温度下焙烧5～10h，得到结晶性核壳型磷酸锰铁锂粒子；(3)磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂：将步骤(2)核壳型磷酸锰铁锂粒子加入到一定量的氢氧化锂水溶液中，搅拌分散的同时滴入与氢氧化锂等摩尔量的铁源和磷源，再加入碳源，快速搅拌10～60min后，转移到水热反应釜中，在150～200℃的烘箱中反应5～8h，将产物进行抽滤、洗涤，于80℃下烘24h后，在保护性气氛下，于650～800℃温度下焙烧3～8h，得到磷酸铁锂/碳包覆的核壳型磷酸锰铁锂复合正极材料；上述各物质的化学计量比按通式LiMn_xFe_1‑xPO₄/LiMn_yFe_1‑yPO₄/LiFePO₄/C来确定，其中，0.8≤x≤0.9，0.2≤y≤0.4，LiMn_xFe_1‑xPO₄所占重量百分数为60～80％，LiMn_yFe_1‑yPO₄所占重量百分数为15～30％，LiFePO₄/C中磷酸铁锂所占重量百分数为3～7％，LiFePO₄/C中碳所占重量百分数为2～3％。