[发明专利]纳米磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了纳米磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法，磷酸锰铁锂正极复合材料的化学通式为LiMn_1‑xFe_xPO₄/石墨烯/C，其中0.1≤x≤0.4，包括以下步骤：铁源、锰源、氧化石墨烯和添加剂混合分散到水中形成溶液A，磷源分散到水中形成溶液B；将溶液A滴加到溶液B中，滴加结束后，用硝酸溶液调节pH值，再将反应体系移入水热反应釜中进行保温，然后过滤、洗涤，再进行烘干得到前驱体。将前驱体和锂源、碳源进行球磨混合，球磨后的混合物进行烘干，然后在保护气体环境下进行高温烧结得到复合材料。本发明采用水热法合成出形貌均一、分散性较好的纳米颗粒，缩短充放电过程中锂离子迁移扩散距离，提高了离子导电性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及纳米磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为能量储备的媒介，有着能量密度高，无记忆效应等优点。它是目前手机、笔记本电脑、电动车等移动设备中应用最广泛的电池。移动设备、各种高端领域的发展对高性能、高安全性、低成本的锂离子电池需求越来越大。在锂电的正极材料中，橄榄石结构磷酸锰锂有着比已经商业化的LiFePO₄更高的氧化还原电位，更高的能量密度；制备的原材料来源广泛，有着比三元材料更低的成本，是目前极具应用潜力的低成本、高能量密度、高安全性的锂离子电池正极材料。然而，磷酸锰锂面临的最大是问题是离子扩散系数和电子导电性较低，导致其倍率性，循环性较差，容量衰减严重等问题，限制了其应用。

目前采用纳米化、碳包覆、Mn位金属离子掺杂等手段可以有效的改善LiFePO₄的电化学性能。专利201410039404.1公开了一种纳米磷酸锰铁锂正极材料的水热制备方法，采用水热法和喷雾干燥的方法制备掺杂钛的磷酸锰锂正极材料，使用一步水热合成复合材料，易造成锂源的大量消耗，并且采用喷雾干燥对生产设备的要求较高，耗能较大。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种采用Fe作为Mn位金属离子掺杂，使用氧化石墨烯和有机碳源包覆，形貌均一、分散性较好的纳米颗粒，缩短充放电过程中锂离子迁移扩散距离，提高离子导电性的纳米磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

纳米磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法，磷酸锰铁锂正极复合材料的化学通式为LiMn_1-xFe_xPO₄/石墨烯/C，其中0.1≤x≤0.4，其制备方法包括以下步骤：

（1）铁源、锰源、氧化石墨烯和添加剂混合分散到水中形成溶液A，磷源分散到水中形成溶液B；

（2）将溶液A滴加到溶液B中或将溶液B滴加到溶液A中，不断搅拌反应液，滴加结束后，用硝酸溶液调节反应体系的pH值至2.0~4.5，继续搅拌一段时间后，将反应体系移入150~180℃的水热反应釜中进行保温10~24h，然后过滤、洗涤，最后进行烘干，收集得到Mn_1-xFe_xPO₄/石墨烯；

（3）将得到的Mn_1-xFexPO4/石墨烯和锂源、碳源按照锂源:Mn_1-xFexPO4/石墨烯摩尔比为（1~1.05）:1，Mn_1-xFexPO4/石墨烯：碳源的质量比例为（3~10）:1的比例进行球磨混合，球磨后得到的混合物在60~80℃的温度下进行烘干，然后在600~800℃保护气体环境下进行烧结4h~12h，再冷却、破碎、筛分处理后得到LiMn_1-xFe_xPO₄/石墨烯/C复合材料。

进一步，锰源为硫酸锰、醋酸锰、草酸锰和氯化锰中的一种或多种。