[发明专利]一种以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法

权利要求书

1.一种以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，所述金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的通式为LiM_XMn_1-XPO₄/C，M_X是一种或多种掺杂金属元素，X为0.01-0.1，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)将锰源和磷源溶液按照摩尔比为(0.95-0.98)∶(0.98-1.00)的比例混合，并溶于去离子水中，搅拌均匀，加入氧化剂或者还原剂将锰的价态调至3+，加入酸或碱调节pH值至2.0-6.0，持续搅拌反应1-24小时，得到的磷酸锰沉淀物，最后进行过滤、洗涤、真空干燥，得到磷酸锰前驱体材料； 

(2)以所述磷酸锰、锂源、有机碳源和掺杂金属元素化合物为原料，磷酸锰、锂源和掺杂金属元素化合物的摩尔比为(0.95-0.98)∶(0.49-0.51)∶(0.02-0.05)，所述有机碳源的使用量为总质量的(5-20％)，将上述4种原料混合，加入分散剂后高速球磨20-50小时，在惰性气体保护下60-80℃温度下干燥，再破碎粉碎成粉末材料，得到粉碎物放置在不锈钢容器中，在惰性气氛保护炉中升温至450-800℃，并恒温2-12小时，然后在高温条件下迅速投入冷却液中，采用急速冷却法得到LiM_XMn_1-XPO₄/C复合材料。 

2.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述锰源为硫酸锰、醋酸锰、电解金属锰片、一氧化锰、二氧化三锰、二氧化锰、碳酸锰和草酸锰中的一种或多种混合物，其中电解金属锰片、一氧化锰、二氧化三锰、二氧化锰、碳酸锰和草酸锰不溶于去离子水，需用硫酸溶解。 

3.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述磷源溶液可以为磷酸、磷酸二氢铵的其中一种或二种。 

4.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述碱可以用氨水、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种混合物，酸可以用硝酸。 

5.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述氧化剂为硝酸或双氧水中的一种，还原剂为乙醛、甲、苯胺中的一种。 

6.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述急速冷却法为隔绝空气急速冷却法，装料为密封的不锈钢材料可以耐急冷急热，并在高温保温后迅速投入冷却液中急速冷却，降温冷却液可以是液氨或水。 

7.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述有机碳源为蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、可溶性淀粉和聚乙烯醇中的一种或多种混合物。 

8.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述掺杂金属元素为V、Ti、Nb、Zr、Hf、Ta、Fe、Ru、Ce、Cr、Th、Mg中的一种或几种。 

9.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂和乙酸锂中的一种。 

10.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述外包覆碳材料有效地包覆在金属掺杂磷酸锰锂一次和二次颗粒的外面。 

11.根据权利要求1所述的以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，其特征在于，所述分散剂为所述原料总质量的100％-200％，分散剂可以为 去离子水、酒精、丙酮中的一种。 

12.一种以磷酸锰制备金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的方法，所述金属掺杂磷酸锰锂/碳复合材料的通式为LiM_XMn_1-XPO₄/C，M_X是一种或多种金属元素，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)将锰源和磷源溶液按照摩尔比为(0.95-0.98)∶(0.98-1.00)的比例混合，并溶于去离子水，搅拌均匀，加入氧化剂或者还原剂，将水溶液中的锰元素氧化或还原成三价锰，加入聚乙二醇(PEG)，再持续搅拌反应1-24小时，得到的磷酸锰胶状物，最后进行搅拌干燥、洗涤、再真空干燥和粉碎，得到前驱体磷酸锰； 

(2)以所述磷酸锰、锂源、有机碳源和掺杂金属元素化合物为原料，磷酸锰、锂源和掺杂金属元素化合物的摩尔比为(0.95-0.98)∶(0.49-0.51)∶(0.02-0.05)，所述有机碳源的使用量为总质量的(5-20％)，将上述4种原料混合，加入分散剂后高速球磨20-50小时，在惰性气体保护下60-80℃温度下干燥，再破碎粉碎成粉末材料，得到粉碎物放置在不锈钢容器中，在惰性气氛保护炉中升温至450-800℃，并恒温2-12小时，然后在高温条件下迅速投入冷却液中，采用急速冷却法得到LiM_XMn_1-XPO₄/C复合材料。