[发明专利]一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池正极材料技术领域，具体为一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料及制备方法。

背景技术

随着新能源汽车销量的增长，锂离子动力电池因其寿命长、能量密度高等显著优点，也随之产生爆发。

正极材料是动力电池的核心组成部分，磷酸锰铁锂因其电压平台高、质量能量密度大、环境友好、结构和性能稳定，被认为是最具发展潜质的下一代候选正极材料之一,并有望应用到电动车(EV)领域。一般地，固相法合成磷酸锰铁锂采用锰源、铁源、锂源和磷盐等混合后煅烧，由于分别采用锰源和铁源，混合极易产生锰铁分布不均匀，影响产品性能发挥。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料及制备方法。

本发明采用的技术方案是：

所述的碳包覆磷酸锰铁锂正极材料，化学通式为C-Li_1-xM_xMn_yFe_1-yPO₄；

其中C表示与化合物Li_1-xM_xMn_yFe_1-yPO₄交联的碳；

其中x和y为数字，而且0＜x≤0.1，0.4≤y＜1；

M选自元素周期表第一行的过渡金属或过渡金属的混合物。

一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)配制反应溶液

分别制备0.5-5mol/L的二价锰离子溶液、亚铁离子溶液和草酸根溶液；

2)分别将二价锰离子和亚铁离子溶液同时加入到草酸盐溶液中，其中控制二价锰离子和亚铁离子摩尔比为1.5＜n(Mn²⁺):n(Fe²⁺)＜10，且控制草酸根与加入的二价锰离子和亚铁离子的摩尔比为1＜n(C₂O₄^2-):n(Mn²⁺+Fe²⁺)＜5，在保护性气氛下，进行搅拌，并加热，洗涤干燥后，得到草酸锰铁；

3)称取锂源化合物、磷源化合物和草酸锰铁，按照锂源、磷源和草酸锰铁摩尔比为1.0-1.2:1:1的比例混合，并加入0.5wt％-50wt％的碳源后，将混合物研磨到一定粒度后，在保护性气氛中加热至250-500℃，并在250-500℃下持续煅烧2-8h，然后冷却至室温，得到磷酸锰铁锂前驱体；

4)将磷酸锰铁锂前驱体粉碎，继续在保护性气氛中加热至600-900℃，并在600-900℃下持续煅烧5-20h，然后冷却至室温，即可得到碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。

作为优选，步骤1所述的锰盐为碳酸锰、硝酸锰、氯化锰和硫酸锰中的一种或几种；所述铁盐为醋酸铁、氯化铁、硝酸铁和硫酸亚铁中的一种或几种；所述的草酸盐为草酸、草酸钠、草酸钾和草酸铵中的一种或几种。

作为优选，步骤2所述的二价锰离子和亚铁离子溶液加入到草酸盐溶液中加入速度为1-3L/h。

作为优选，步骤2中所述的加热温度为50-100℃，反应时间为5-20h。

作为优选，步骤3中所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂和乙酸锂中的一种或几种；所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的一种或几种；所述的锂源和磷源摩尔比为1:1时，进一步优选磷酸二氢锂。

作为优选，步骤3中所述的碳源为蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸、酚醛树脂、石墨、炭黑和乙炔黑中的一种或几种。

作为优选，步骤3中所述的混合物研磨粒度范围为：D₅₀≤0.3μm，D₁₀₀≤10μm。

作为优选，步骤2、3和4中所述的保护性气氛为氮气和氩气中的一种。

本发明的有益效果是：

以锰盐和铁盐为原料，通过控制加样速度，合成草酸锰铁，再进行掺锂、碳源、磷源和高温煅烧，制备出磷酸锰铁锂，即得到碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。本发明得到的碳包覆磷酸锰铁锂正极材料具有能量密度高、循环性能好等特点，适合于锂离子动力电池应用领域，且工艺简单高效，有利于工业化生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例1制备的碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的扣式电池放电曲线。

图2为本发明实施例1制备的碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的扫描电镜图片。

具体实施方式

实施例1