[发明专利]一种改性磷酸铁锰锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种改性磷酸铁锰锂正极材料及其制备方法。该改性磷酸铁锰锂正极材料，其化学组成为Li_1‑yTi_yFe_1‑xMn_xPO₄，其中x的范围为0.2≤x≤0.6，y的范围为0.01≤y≤0.1。首先通过高速剪切乳化机制备掺杂钛的磷酸铁锰锂前驱体，然后将所述前驱体和碳源混合，经烧结，最终制备出改性的磷酸铁锰锂材料。该方法反应时间短，操作简单，常压下反应，前驱体粒径可控，产率高达99%以上。电化学性能优异，0.1C倍率首次放电比容量为155.8 mAh/g，1C倍率循环100周后容量保持率97.4%，8C放电比容量为115.4 mAh/g。

（一）技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种改性磷酸铁锰锂正极材料及其制备方法。

（二）背景技术

锂离子电池作为一种清洁高效的能源储存与转换媒介，得到了越来越多人的研究与重视。为满足高能量、高安全、长寿命和低成本等要求，关于锂离子电池正极材料的研究具有重要意义。

在聚阴离子类电池材料LiMPO₄中，LiFePO₄作为近年来广泛应用于国内商业化锂离子电池的主要正极材料,具有安全无毒，高温性能和循环性能优良，工作电压平稳，成本低廉的优点。但是由于其平台电压低（3.3V）能量密度满足不了人们对动力电池的要求。相对于磷酸铁锂，磷酸锰锂材料具有更高的放电平台（4.1V）,所以结合二者优势，合理调控Fe与Mn的比例，将一部分Mn取代Fe制备出具有高能量密度、较高导电率的磷酸铁锰锂正极材料。

目前文献报道的磷酸铁锰锂制备方法已有许多。如中国专利CN103280579A公开了利用固相合成法将碳源、锂源、铁源、锰源和磷源球磨混合后制备出Fe/Mn=4:6的磷酸铁锰锂/碳复合材料。但在该制备方法中铁和锰只通过球磨法达到了分子级别的混合，难以达到铁和锰原子级别的混合，且该方法制备的电化学性能一般。专利201410839727.9采用传统的水热法虽然能实现铁和锰原子级别的混合，但反应周期长，反应条件苛刻。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种操作简单、节能环保的改性磷酸铁锰锂正极材料及其制备方法，其工艺简单、反应周期短、成本低廉、产品颗粒可控、常压反应、制备过程对环境友好、适合工业化生产的制备方法。所述改性磷酸铁锰锂正极材料化学组成为Li_1-yTi_yFe_1-xMn_xPO₄，其中x的范围为0.2≤x≤0.6，y的范围为0.01≤y≤0.1。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种改性磷酸铁锰锂正极材料，其特殊之处在于：其化学组成为Li_1-yTi_yFe_1-xMn_xPO₄，其中x的范围为0.2≤x≤0.6，y的范围为0.01≤y≤0.1。

一种改性磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

首先通过高速剪切乳化机制备掺杂钛的磷酸铁锰锂前驱体，并调控前驱体颗粒大小，得到未包碳的掺杂钛的磷酸铁锰锂前驱体，然后将所述前驱体和碳源混合，经过烧结，最终制备出改性的磷酸铁锰锂材料。

具体包括以下步骤：