[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备方法，其步骤是：(1)称取一定量的锂源、锰源、铁源和磷源，并加入碳源，以无水乙醇作分散剂，置于球磨罐内研磨获得前驱体；(2)控制升温速率5～12℃/min，将前驱体在惰性气体氛围中加热至250～350℃，煅烧后制得预烧结产物；(3)在预烧结产物中再次加入碳源，以无水乙醇作分散剂，置于球磨罐内研磨进行二次包碳；(4)控制升温速率5～12℃/min，将步骤(3)所得样品在惰性气体氛围中，以550～750℃煅烧后，炉冷却至室温得到二次包碳的磷酸锰铁锂材料。本发明采用改进高温固相法制备了磷酸锰铁锂材料，其中二次包碳起到细化晶粒和增强电子、离子传输的作用，使得该材料展现出良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于材料领域中电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备方法。

背景技术

自从Goodenough课题组在LiMPO₄(M＝Fe、Mn、Co和Ni)系列正极材料所做的开拓性工作以来，大量的科研工作者加入到这一研究行列。其中磷酸铁锂(LiFePO₄)由于其理论容量高、循环性能好、安全性能优、原料来源广、成本低、环境友好等优势受到人们的广泛关注，但其相对于Li⁺/Li的电极电势为3.4V，较低的能量密度难以满足高功率动力电池的需求。磷酸锰铁锂(LiMn_xFe_1-xPO₄)作为在LiFePO₄的升级版，与LiFePO₄同属正交橄榄石晶体结构，具有热稳定性优良，氧化性低的特点，其工作电压为4.1V，远高于LiFePO₄的3.4V，且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口，其能量密度相较LiFePO₄提升20％左右。因此，高性能的LiMn_xFe_1-xPO₄有望实现对LiFePO₄的部分替代，这对于动力电池能量密度的提升具有十分重要的意义。然而，较低的电子传导率和离子扩散速率导致LiMn_xFe_1-xPO₄大电流充放电性能较差。此外，该材料的结构稳定性较差，降低了其电化学循环稳定性，限制了其商业化应用。

针对LiMn_xFe_1-xPO₄材料导电性较差的问题，目前大量的研究都致力于提升其电化学性能，方法包括颗粒尺寸纳米化、表面导电碳包覆、金属阳离子掺杂等；其中，使用高导电性材料对LiMn_xFe_1-xPO₄进行表面包覆被认为是有效提升LiMn_xFe_1-xPO₄倍率性能和循环寿命的重要方法，常用以改善LiMn_xFe_1-xPO₄的电化学性能。对LiMn_xFe_1-xPO₄进行碳包覆一方面能够抑制晶体颗粒的长大，而减小锂离子的扩散距离，另一方面碳具有优良的导电性，有利于电子的传输，提高材料的电子电导率。目前，已发明报道的制备碳包覆的LiMn_xFe_1-xPO₄材料的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、固相法、喷雾热解法等。常用方法中，溶胶-凝胶法使用的原材料成本高且生产周期长；水热法条件不易控制、合成的产物纯度不高，难以实现规模化生产；固相法相较于以上两种方法，具有原料来源广泛、成本低廉、产量高、工艺简单等优点，其对LiMn_xFe_1-xPO₄正极材料的实际商业化至关重要。

CN113929073A公开了一种由固相法制备碳包覆磷酸锰铁锂的方法，该发明制备的磷酸锰铁锂相比现有的磷酸铁锂和三元材料，其成本更低廉，电压平台更高，同时得到的磷酸锰铁锂具有良好的电性能和循环稳定性。