[发明专利]二元金属磷酸盐正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二元金属磷酸盐正极材料及其制备方法和应用；所述制备方法包括以下步骤：(1)将植酸与磷酸充分混合，形成含磷酸基团的溶液；(2)加入过渡金属盐和碱金属盐，并且充分混合；(3)水热反应，得到二元金属磷酸盐前驱体；(4)将二元金属磷酸盐前驱体进行退火处理，得到二元金属磷酸盐正极材料。本发明通过调配植酸和磷酸的配比用量，制备的二元金属磷酸盐正极材料粒径均匀、介孔比例明显提升，其作为电池正极材料可实现快速传质、加强电子转移，从而具有高容量、高倍率和优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种二元金属磷酸盐正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着各种便携式电子产品日益普及，锂离子电池作为一种携带方便的电源设备日益受到关注。而钠和锂的理化性质近似，电池充放电原理也类似，因而钠离子电池的研究也日益受到重视。在实际应用方面，钠离子电池的能量密度通常低于锂离子电池，因此两者适合不同的领域。但是，研发先进的正、负极材料成为钠、锂离子电池实现实际应用的关键之一。

磷酸锂铁(LiFePO₄)正极材料由于其循环寿命长，资源丰富，环保性高，具有其他正极体系无法比拟的安全性，被认为是锂离子电池理想的正极材料。目前，商品化的磷酸锂铁多使用高温固相反应技术制备，它具有设备简单、生产快速、成本低廉等特点，这种方法通常采用锂源、铁源、碳源以及磷酸二氢铵等的均匀混合物为起始物，经预烧和研磨后高温合成，但是由于高温固相反应本身的限制，该方法生产的产品粒度无法控制，产物颗粒较大且粒径分布不均匀、孔结构不够优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种二元金属磷酸盐正极材料及其制备方法和应用，制备的二元金属磷酸盐正极材料粒径均匀、介孔比例明显提升，能够显著提高电池的比容量和循环稳定性。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

本发明公开了一种二元金属磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将植酸与磷酸充分混合，形成含磷酸基团的溶液；

(2)往步骤(1)得到的体系中加入过渡金属盐和碱金属盐，并且充分混合；

(3)将步骤(2)得到的混合液进行水热反应，得到二元金属磷酸盐前驱体；

(4)将步骤(3)得到的二元金属磷酸盐前驱体进行退火处理，得到二元金属磷酸盐正极材料。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，植酸与磷酸的摩尔比为1:9-9:1。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，植酸与磷酸的摩尔比为4:6-6:4。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，磷酸基团与过渡金属盐的摩尔比为1:9-9:1。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，植酸与磷酸在溶剂中充分混合；所述溶剂包括但不限于水、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，过渡金属盐包括但不限于铁盐、亚铁盐、锰盐、镍盐、钴盐和钒盐中的一种或几种的混合。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，碱金属盐包括但不限于锂盐、钠盐和钾盐中的一种或几种的混合。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，在进行水热反应前，先调节PH值至3-10。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，水热反应温度为100-260℃，水热反应时间为1-48h。

作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，退火时添加碳材料。

作为优选的技术方案，所述碳材料包括但不限于葡萄糖、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种的混合。