[发明专利]纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料及制备方法、锂电池正极材料、锂电池

说明书

本发明提供了一种纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料及制备方法、锂电池正极材料、锂电池，所述复合材料包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂外部的外碳层，所述磷酸锰铁锂的化学组成为LiMn_1‑xFe_xPO₄，其中，0.1≤x≤1，所述复合材料的粒径D50为1至10um，所述磷酸锰铁锂中碳元素的质量含量为1％至10％。本申请中的纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料集合了磷酸锰锂和磷酸铁锂两种材料的优异性能，又互补了两种材料的不足，使得制备出的磷酸锰铁锂材料具有优异的大电流循环稳定性及倍率性能，本申请中的用于制备纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料的方法工艺简单可控、能耗低、成本低、适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料及制备方法、锂电池正极材料、锂电池。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等优点，因此在数码相机、移动笔记本电脑等便携式电子产品中得到广泛应用，对于电动自行车和电动汽车也具有应用前景。

目前商品化的锂离子电池一般采用钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂作为正极材料。在上述材料中，LiFePO₄材料由于其安全、环保、价格低等优点，目前已被用作电动车用电池的正极材料，但该材料的工作电压较低，仅有3.5V，而同为橄榄型结构的LiMnPO₄工作电压则为 4.1V。

由于LiMnPO₄具有更高的能量密度，在电动汽车中具有诱人的应用前景，因此近年来备受关注，但与LiFePO₄相比，LiMnPO₄的电子电导率及锂离子扩散速率低，导致其电化学性能较差，特别是倍率性能及大电流下的循环稳定性较差，因此，合成具有较好电化学性能的LiMnPO₄正极材料非常困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料及制备方法、锂电池正极材料、锂电池，以解决现有技术中磷酸铁锂和磷酸锰锂各自的优异性能无法兼顾的问题。

为达到上述目的，第一方面，本发明采用以下技术方案：

一种纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料，所述复合材料包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂外部的外碳层，所述磷酸锰铁锂的化学组成为LiMn_1-xFe_xPO₄，其中，0.1≤x≤1，所述复合材料的粒径D50为1至 10um，所述磷酸锰铁锂中碳元素的质量含量为1％至10％。

为达到上述目的，第二方面，本发明采用以下技术方案：

一种制备如上所述的纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料的方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将预定摩尔比的锂源化合物、磷源化合物、铁源化合物、锰源化合物、碳源化合物均匀混合，获得均匀混料；

S2、在第一预定条件下对所述均匀混料进行球磨加工，获得前驱体物料；

S3、在第二预定条件下对所述前驱体物料进行喷雾干燥，获得干燥物料；

S4、在第三预定条件下对所述干燥物料进行烧结，得到纳米微球碳包覆磷酸铁锰锂复合材料。

优选地，在所述S1中，所述锂源化合物选自碳酸锂和氢氧化锂中的一种或者两种的混合物；和/或，

所述磷源化合物选自磷酸铁、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或者两种的混合物；和/或，

所述铁源化合物选自草酸铁、磷酸铁和氧化铁中的一种或者两种的混合物；和/或，

所述锰源化合物选自草酸锰、硫酸锰、二氧化锰和磷酸锰中的一种或者两种的混合物；和/或，