[发明专利]一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：预制含有锂元素、锰元素、铁元素和磷元素的前驱体，通过对前驱体进行表面改性以在前驱体的表面附着离子型聚合物，得到离子型前驱体，将离子型前驱体与碳源物料混合，接着将由此形成的混合物置于保护气氛下煅烧，在煅烧过程中，使煅烧体系升温至630～670℃保温3～5小时，制得碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。本发明通过对前驱体进行表面改性，使离子型聚合物紧密地附着在前驱体表面，并利用离子型聚合物具有分散度高、负载面积大的特点，使后续加入的碳源均匀附着在离子型前驱体表面，由此形成碳包覆层具有优异的成膜特性，致密完整、分散均匀、不团聚，进而提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能和电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

橄榄石型磷酸盐类正极材料LiFe_xMn_1-xPO₄(0x1)体积比能量和质量比能量相对较高，可大电流充放电、开路电压高且环境友好无污染、安全性好、价格低廉等优点而受到广泛关注。然而橄榄石结构的磷酸盐类正极材料其本身电子导电性极差，严重阻碍了大规模的推广以及应用，要实现磷酸盐正极材料推向商业化的大批量生产和应用，综合考虑提高磷酸盐类正极材料的电子电导率成为研究的当务之急。常见的改性方法是通过向磷酸锰铁锂正极材料LiFe_xMn_1-xPO₄(0x1)中加入葡萄糖或蔗糖等碳源，通过高温烧结在LiFe_xMn_1-xPO₄(0x1)正极材料表面包覆一层碳，以此来提高材料的导电性。但是该方法存在一定的缺陷，葡萄糖、蔗糖等碳源无法均匀的分散在正极材料的表面，无法在正极材料表面形成均匀的碳包覆层，由此合成的LiFe_xMn_1-xPO₄(0x1)正极材料具有较低的电子电导率和循环性能。

基于此，如何通过在磷酸锰铁锂正极材料表面实现碳层均匀包覆，从而提高正极材料的导电性，是本领域技术人员在研究中急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，该制备方法能够使碳包覆层具有优异的成膜特性，致密完整、分散均匀、不团聚，有效地避免了磷酸锰铁锂正极材料与电解液的接触，抑制了Mn元素的溶出，进而提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能和电化学性能，而且操作简单、成本低，适合工业化生产。

根据本发明的一个方面，提供一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：预制含有锂元素、锰元素、铁元素和磷元素的前驱体，通过对前驱体进行表面改性以在前驱体的表面附着离子型聚合物，得到离子型前驱体，将离子型前驱体与碳源物料混合，接着将由此形成的混合物置于保护气氛下煅烧，在煅烧过程中，使煅烧体系升温至630～670℃保温3～5小时，制得碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。本发明通过对前驱体进行表面改性，使离子型聚合物紧密地附着在前驱体表面，并利用离子型聚合物具有分散度高、负载面积大的特点，使后续加入的碳源均匀附着在离子型前驱体表面，由此形成碳包覆层具有优异的成膜特性，致密完整、分散均匀、不团聚，有效地避免了磷酸锰铁锂正极材料与电解液的接触，抑制了Mn元素的溶出，进而提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能和电化学性能。且本发明提供的制备方法能够在较低能耗和较短的时间内合成碳包覆磷酸锰铁锂正极材料，操作简单，成本低，适合工业化生产。

优选地，在离子型前驱体中，离子型聚合物通过化学键键合在前驱体的表面。

优选地，在离子型前驱体中，离子型聚合物通过酯键键合在前驱体的表面。本发明通过酯化反应，使离子型聚合物通过化学键酯键均匀附着在前驱体表面，且该反应条件温和，操作简单。

优选地，具体包括以下步骤：

S1.在300～380℃的温度下对含有锂源化合物、锰源化合物、铁源化合物、磷源化合物的混合物进行预烧，制得前驱体；