[发明专利]碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，电极材料的化学式为LiM_xN_yMn_1-x-yPO₄，其中M为M³⁺/M²⁺氧化还原电位低于Mn³⁺/Mn²⁺的金属；N为N³⁺/N²⁺氧化还原电位高于Mn³⁺/Mn²⁺的金属；其中0.05≤x≤0.25，0.01≤y≤0.10；电极材料表面部分或全部为碳包覆层；

该电极材料采用如下步骤制备：

(1)将锂源、锰源、磷源、M源、N源、碳源和分散剂混合均匀，得到电极材料浆料；

(2)将得到的浆料进行干燥处理，得到电极材料粉末；

(3)将得到的电极材料粉末在惰性气氛保护下进行烧结，得到碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料粉末；

步骤(3)中所述的烧结处理，是指将电极材料粉末以1-10℃/min的速率升温至300-500℃，恒温5-8小时，然后以1-10℃/min的速率升温至600-800℃，恒温8-20小时；

碳包覆层为无定型碳或石墨化碳，碳包覆层为电极材料总重量的8-20％。

2.如权利要求1所述的一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，M为Fe、Ti、Cr或V中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，N为Ni或Co的一种或两种。

4.如权利要求1所述的一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，

所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硝酸锂、草酸锂或碳酸氢锂中的一种或几种；

所述锰源选自碳酸锰、硫酸锰、乙酸锰、氯化锰、草酸锰、硝酸锰或柠檬酸锰中的一种或几种；

所述磷源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵和磷酸二氢锂中的一种或几种；

所述M源选自铁金属化合物，钛金属化合物，铬金属化合物或钒金属化合物中的一种或几种；铁金属化合物选自硫酸铁、磷酸铁、草酸亚铁、醋酸亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁中的一种或几种；钛金属化合物选自硫酸氧钛、钛酸四丁酯、四氯化钛中的一种或几种；铬金属化合物选自铬酸铵、铬酸钠、铬酸钾、硝酸铬中的一种或几种；钒金属化合物选自偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠中的一种或几种；

所述N源选自钴金属化合物或镍金属化合物中的一种或两种；钴金属化合物选自硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴、氢氧化钴中的一种或几种；镍金属化合物选自硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、氯化镍、氢氧化镍中的一种或几种；

所述碳源为天然石墨、人造石墨、硬碳、有机热解碳和碳纳米导电材料中一种或多种；其中有机热解碳为以聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、羧甲基纤维素、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、酚醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、纤维素、淀粉或糊精为前驱体，经高温碳化所形成的热解炭；碳纳米导电材料为导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维或纳米碳微球；

所述分散剂选自去离子水、甲醇、无水乙醇、乙二醇、异丙醇、苯甲醇和丙酮中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，在步骤(1)中，控制锂源、锰源、M源、N源、磷源的加入量，使得到的电极材料浆料中锂元素、锰元素、M元素、N元素和磷元素的摩尔比为1:(0.75-0.95):(0.05-0.25):(0.01-0.1):1；分散剂的加入量为电极材料浆料质量的50-80％；控制碳源的加入，使得到的碳包覆层的量为电极材料总重量的2-20％。

6.如权利要求1所述的一种碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料，其特征在于，步骤(2)中所述的干燥处理为压力式喷雾干燥、离心式喷雾干燥、气流式喷雾干燥和真空干燥中的一种。