[发明专利]磷酸铁锂锰电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一种磷酸铁锂锰电池正极材料的溶胶-凝胶制备方法。

背景技术

高性能正、负极材料的开发和应用仍然在很大程度上左右着锂离子电池的发展。目前，商品化锂离子电池多以石墨类碳材料为负极，以过渡金属氧化物（如LiCoO₂）为正极材料。橄榄石型磷酸铁锂（Li磷酸铁）能够可逆脱出全部锂离子形成结构稳定的磷酸铁（磷酸铁），并释放出高达170mAh/g的可逆容量，作为锂离子电池正极材料的优点：安全问题；原料来源广泛，价格低廉；无污染；循环寿命非常长，可以满足电动车频繁充放电的需要。作为动力锂离子电池正极材料，磷酸铁锂存在的主要问题是其能量密度低。电子电导率低，低温性能差，这使得材料在高倍率条件下循环容量衰减严重。另外，与其他几种正极材料（钴酸锂，锰酸锂等）vs Li/Li⁺放电平台电压相比较低。而同样具有橄榄石结构的LiMnPO₄却具有4.1V的高放电平台，但也存在MnPO₄纯相不稳定和导电性不好的情况。综合磷酸铁锂材料和磷酸锰锂材料上述问题，使Li(Fe_yMn_1-y)PO₄材料研究成为必然。龚强，廖小珍¹等的研究表明Li(Fe_yMn_1-y)PO₄材料在放电平台和导电性上都有不同程度的改善，但其倍率性能仍不理想，还不能满足其作为动力锂离子电池正极材料的应用需求。另一方面，传统的固相合成法反应物之间的混合不够充分，反应产物均一度不好也是导致材料有效容量降低的原因之一。溶胶的制备可以使原料混合均匀而达到分子级均相多组分体系，但溶胶凝胶干燥时间长，干燥能耗大；同时因为溶剂水分散失慢，凝胶不断塌陷而使体积收缩大。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种以溶胶-凝胶法结合微波干燥法合成高能量密度，高放电电压平台的具有优异导电性纳米级磷酸铁锂锰电池正极材料（Li(Fe_yMn_1-y)X_zPO₄/C）的方法。

本发明通过以下技术实现：磷酸铁锂锰电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：a. 将锂源、铁源、锰源、金属X盐加入乙醇中，制备溶胶A；b. 将柠檬酸加入含磷源的乙醇水溶液中，将碳源加入所述含磷源的乙醇水溶液中，得到溶液B，所述溶液B中，所添加的碳源折算的碳元素质量分数为1% ~ 5%；c. 将所述溶胶A与溶液B混合加热，调节pH至形成凝胶C；d. 将所述凝胶C进行微波干燥，得到前驱体；e. 将所述前驱体制成粉体，将所述粉体在保护气体下进行预烧、烧结、筛分后得到磷酸铁锂锰电池正极材料；所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂；所述铁源选自草酸亚铁，三氧化二铁、硝酸铁、磷酸铁、磷酸锰铁；所述锰源选自硝酸锰、草酸锰，二氧化锰；所述金属X盐选自镍、钴、镁、铌、钛、铝、锡、铜的硝酸盐或醋酸盐；所述磷源选自磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸；所述碳源选自柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、淀粉。

作为优选，所述预烧温度温度为300℃~400℃，预烧时间为2~3小时；所述烧结温度为600℃~700℃，烧结时间为6~18小时。

作为优选，所述步骤c中加热温度为60℃，所述pH用氨水进行调节。

作为优选，所述步骤a中，将所述锂源加入乙醇中，50℃加热搅拌1-2h，再加入铁源，锰源，金属盐而形成溶胶A。

作为优选，所述微波干燥的时间为10~60分钟。