[发明专利]一种磷酸锰铁锂/碳复合纳米颗粒正极材料的制备方法

说明书

本发明属于储能材料及其制备和应用领域，特别涉及一种磷酸锰铁锂/碳复合纳米颗粒正极材料的制备方法。其步骤包括：将磷酸、锰源、铁源、锂源加入去离子水中，在室温下搅拌0.5～3h，得到溶液；将溶液转移至高压反应釜中，在150‑180℃、3‑6kpa的条件下反应，得到具有一次前驱体颗粒溶液；将一次前驱体颗粒溶液冷却到室温常压下，再将葡萄糖加入到具有一次颗粒的溶液中，进行喷雾干燥，喷雾干燥进口温度为200～350℃，喷雾干燥出口温度为60～120℃，得到二次前驱体颗粒；将干燥后的二次前驱体颗粒在保护气氛保护下烧结，保护气体为高纯氩气或氮气，烧结温度为710‑750℃，时间为6‑10h。

技术领域

本发明属于储能材料及其制备和应用领域，特别涉及一种磷酸锰铁锂/碳复合纳米颗粒正极材料的制备方法。

背景技术

化石燃料的快速消耗和环境问题的日益严重引起了人们的关注，这为发展可持续的能源储存和转换系统带来了巨大的科技机遇和挑战。在过去的几十年里，锂离子电池(LIBs)以其高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点，在笔记本电脑和智能手机等便携式电子设备的电源市场上占据主导地位。此外，还广泛应用于电动汽车、混合动力电动汽车和储能系统。

现有的正极材料中，聚阴离子磷酸盐类材料由于具有结构稳定、安全性能优异、循环寿命长等优点而倍受关注，目前应用较为广泛的是磷酸铁锂(LiFePO₄)材料。但是，磷酸铁锂3.4V的电压平台严重限制了电池能量密度的提高，从而使其市场应用受到限制。相比之下，磷酸锰锂(LiMnPO₄)正极材料相对金属锂的电压平台为4.1V，不仅比磷酸铁锂材料的电压高出0.7V，而且此电压符合现有的商业化电解液体系的稳定电压窗口，这意味着在同样容量发挥条件下，以磷酸锰锂为正极材料的锂离子电池的能量密度将比磷酸铁锂电池至少提高20％。虽然磷酸锰锂材料具有能量密度和成本上的优势，但是其电子电导率和锂离子扩散速率较低，使得未经改性的磷酸锰锂材料无法满足实际应用需要。用合适量的Fe代替Mn是提高LiMnPO₄电池性能的一种方法，因此，合成出电化学性能优良的磷酸锰铁锂(LiMn_xFe_1-xPO₄)正极材料十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开了一种磷酸锰铁锂/碳复合纳米颗粒正极材料的制备方法。

本专利为解决现有技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种磷酸锰铁锂/碳复合纳米颗粒正极材料及制备方法，包括：

S1、将磷酸H₃PO₄、锰源、铁源、锂源加入去离子水中，在室温下搅拌0.5～3h，得到溶液；

S2、将溶液转移至高压反应釜中，在150-180℃、3-6kpa的条件下反应，得到具有一次前驱体颗粒溶液；

S3、将一次前驱体颗粒溶液冷却到室温常压下，再将葡萄糖加入到具有一次颗粒的溶液中，进行喷雾干燥，喷雾干燥进口温度为200～350℃，喷雾干燥出口温度为60～120℃，得到二次前驱体颗粒；

S4、将干燥后的二次前驱体颗粒在保护气氛保护下烧结，保护气体为高纯氩气或氮气，烧结温度为710-750℃，时间为6-10h。

进一步，所述铁源为氢氧化铁、磷酸铁、醋酸铁、碳酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁、草酸亚铁中至少一种。

进一步，所述锰源为碳酸锰、草酸锰、醋酸锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中至少一种。

进一步，所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸锂中至少一种。

更进一步，所述碳源的添加量占终产物磷酸锰铁锂的理论质量的1～10wt％。

本专利具有的优点和积极效果是：