[发明专利]一种电化学活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学活性材料的制备方法，特别是设计一种无碳还原合成制备电化学活性材料的方法。

背景技术

具有电化学活性的电极材料均可以用于电池的生产制造，如现有的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)，它具有稳定的晶体结构，安全性好，循环性能特别好，不使用战略资源镍钴、价格低、材料无毒环保，由于其晶体结构稳定，耐过充和过放的能力强，被公认为制造高安全、低成本、长寿命的锂电池的最佳正极材料。

专利CN 101172597A提出了采用铁粉作为铁源，但采用磷酸二氢铵合成，其过程会排放污染气体氨气。专利CN101172599提出采用碳包覆的方法还原氧化铁与磷酸组成的前驱体，合成磷酸亚铁锂，但是此制备技术前期工艺较为复杂，成本较高，且碳包覆无法达到均一稳定，合成产生大量二氧化碳，排放至大气中造成污染。为解决以上问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明目的是提供一种电化学活性材料Li Mg_(1-x)Mn_x/3Fe_2x/3PO₄（x=0.95～1.00）的制造方法，加工反应时间短，能源耗费少，加工出的产品性能优良，同时采用无碳合成工艺，利用单质锰金属还原铁的化合物，避免了二氧化碳的排出，有利于环保。

由于锰离子电极电位高，其原子量又低于铁的原子量，LiFe_xMn_yPO₄材料的电极电位高于LiFePO₄材料，LiFe_xMn_yPO₄材料的电化学容量和电化学能量均高于LiFePO₄材料。为了便于生产过程中的质量控制、配料、计量方便，采用0～0.01摩尔的镁来平衡化合价。

本发明的技术方案是：

一种电化学活性材料的制备方法，所述活性材料具有类似化学式为Li Mg_(1-x)Mn_x/3Fe_2x/3PO₄，其X射线衍射图谱中表征为正交结构，属于Pnmb空间群，其特征在于，所述制备方法所采用的原料为含有镁源、锰源、铁源、锂源或磷源化合物的混合物，其中各元素的摩尔比为：镁元素：锰元素：铁元素：锂元素：磷元素=(1-x):x/3:2x/3:1:1，x=0.95～1.00；将上述混合物室温下在惰性气体保护环境下充分搅拌混合均匀后，继续在惰性气体保护环境下转入合成炉内进行烧结，烧结完成后室温冷却即得所述电化学活性材料。

优选的，所述混合过程是在球磨机等研磨设备中通入惰性气体后，通过研磨设备对物料进行边粉碎、边混合，并利用酒精分散物料。

优选的，所述烧结过程中，温度控制在400-800℃，保温1-6小时。

优选的，所述惰性气体优选为氮气。

优选的，所述镁源为氢氧化镁、碳酸镁中一种或两种化合物。

优选的，所述锰源为单质锰金属。

优选的，所述铁源为氧化铁、四氧化三铁、草酸铁中的一种或几种化合物。

优选的，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸锂中的一种或几种化合物。

优选的，所述磷源为磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸二氢锂、五氧化二磷中的一种或几种化合物。

与一般采用碳还原三价铁盐加工磷酸亚铁锂不同，采用金属锰还原三价铁盐，无需再加入碳进行氧化还原反应，不会产生二氧化碳，因而有利于环保，同时成品磷酸亚铁锰锂中无碳残留，纯度高，性能更加优良。