一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，依次包括以下步骤：（1）将磷源、铁源、锂源碳源、还原剂球磨处理处理，获得锰掺杂磷酸铁锂前驱体；（2）将锰源加入锰掺杂磷酸铁锂前驱体溶液中，并逐次进行滴加氨水、水热反应、烘干、煅烧、降温处理得到锰掺杂磷酸铁锂材料；（3）锰掺杂磷酸铁锂材料与有机溶剂均匀搅拌，搅拌中，加入铝盐溶液后，并逐次进行搅拌、抽滤、烘干、焙烧、降温，获得氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料；本发明专利技术制备得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料，可有效提高导电性以及充放电容量，并且增大电接触面积，进而提高锂离子电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，特别是涉及一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法。
技术介绍
自从1990年，日本开发了第一个锂离子电池开始，因比容量高，工作电压高，循环寿命长，无记忆效应等优点，锂离子电池已渗入到人们生活的各个方面，通讯设备离不开它，运输设备也展现出了它的用途，尤其随着电子产品的小型化，柔性化发展，使得锂离子电池的研发备受关注。在锂离子电池中，正极材料的性能在很大的程度上影响着锂离子电池的性能，磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，由于理论容量高、稳定的结构和循环性能，作为下一代的锂离子电池正极材料而被人们所看好，但是其缺点也是很明显，电子电导率比较低，难以满足动力电池大倍率充放电的要求，而且纯相的磷酸铁锂锂离子扩散速率极低，从而造成实际的比容量不高以及高倍率性能极差，同时磷酸铁锂正极材料与电解液直接接触反应，影响电极循环的稳定性以及循环效率，很大程度上限制了锂离子电池的大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，本专利技术制备得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料通过锰掺杂磷酸铁锂，可有效提高锂正极材料的导电性以及充放电容量，增强磷酸铁锂锂离子扩散速率同时增强高倍率性能，氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂，避免锰掺杂磷酸铁锂正极材料与电解液直接接触反应，并且增大电接触面积，更加稳定的表面结构，从而抑制正极材料发生副反应，提高电极循环的稳定性以及循环效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，依次包括以下步骤：（1）将磷源、铁源、锂源按照质量比2：2：5，葡萄糖为碳源，乙醇作为还原剂，加入到球磨机内，通入氩气惰性气体，在氩气保护下，球磨时间为2-3h，球磨转速为500-700r/min，球磨完成后，获得锰掺杂磷酸铁锂前驱体；（2）将一水合硫酸锰作为磷酸铁锂掺杂的锰源加入到步骤（1）获得的锰掺杂磷酸铁锂前驱体溶液中，将氨水加入到已经滴入一水合硫酸锰的磷酸铁锂前驱体溶液中，调节溶液的PH为8，进行水热反应，将反应好的浆料放置于鼓风烘箱中烘干，烘干后煅烧处理，煅烧完成后，将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，得到锰掺杂磷酸铁锂材料；（3）将步骤（2）获得的锰掺杂磷酸铁锂材料与有机溶剂乙醇按照质量比2：1放置到搅拌机中，均匀搅拌，搅拌时间为2-3h，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌过程中，加入铝盐溶液，加入铝盐后持续搅拌2h，搅拌完成后，将其抽滤后放置到鼓风烘箱中烘干，将烘干后得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂前驱体放入到空气中焙烧，焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为5-7h，焙烧后将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，获得氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料；优选的，步骤（1）所述的磷源、铁源、锂源分别为磷酸氢铵、草酸亚铁、碳酸锂；优选的，步骤（1）所述的球磨过程中，球磨速度为500r/min，球磨时间为5h；优选的，步骤（2）所述的水热反应过程中，反应温度为150-170℃，反应时间为12-13h，水热反应可明显提高生成的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的充放电容量以及循环稳定性能；优选的，步骤（2）所述的煅烧过程中，在氮气保护下先将其以升温速率3℃/min，升温到450-500℃，预烧2-4h，再将其以升温速率7℃/min，升温到700-750℃，煅烧3-6h，煅烧过程采用分段方式，低温段预烧是去除金属氧化物，预烧后采取高温煅烧，可以减少所需时间；优选的，步骤（3）所述的铝盐溶液为硫酸铝溶液，硫酸铝溶液质量浓度为5g/L-10g/L，加入硫酸铝溶液可为包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料提供铝离子，从而在空气焙烧后生成氧化铝薄膜；有益效果1、锰与铁拥有相似的结构及化学性质，本专利技术通过锰取代部分铁，有利于缩短锂离子的扩散通道，提高氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的导电性以及充放电容量，提升氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的电化学性能并稳定正极材料的晶体结构。2、本专利技术氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料，氧化铝包覆过程中，以铝盐溶液包覆，可以在锰掺杂磷酸铁锂外表面生成均匀的氧化铝薄膜，在加入铝盐溶液后，持续搅拌1-2h，从而使获得水解后的产物均匀吸附在活性物质表面上。3、本专利技术在锰掺杂磷酸铁锂表面均匀包覆一层氧化铝，避免了锰掺杂磷酸铁锂与电解液直接接触反应，并且增大电接触面积，进而提高锂离子电池的循环性能并加强锂离子电池充放电容量。4、本专利技术制备得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料拥有更加稳定的表面结构，从而抑制正极材料发生副反应，提高电极循环的稳定性以及循环效率。附图说明图1是一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备流程示意图。图2是锰掺杂磷酸铁锂材料XRD谱图。图3是锰掺杂磷酸铁锂材料SEM图。图4是氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料TEM图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例；相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步说明。实施例1-7一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，依次包括以下步骤：（1）将磷酸氢铵、草酸亚铁、碳酸锂按照质量比2：2：5，葡萄糖为碳源，乙醇作为还原剂，加入到球磨机内，通入氩气惰性气体，在氩气保护下，球磨处理，球磨完成后，获得锰掺杂磷酸铁锂前驱体；（2）将一水合硫酸锰作为磷酸铁锂掺杂的锰源加入到步骤（1）获得的锰掺杂磷酸铁锂前驱体溶液中，将氨水加入到已经滴入一水合硫酸锰的磷酸铁锂前驱体溶液中，调节溶液的PH为8，进行水热反应，将反应好的浆料放置于鼓风烘箱中烘干，烘干后煅烧处理，煅烧前在氮气保护下先预烧，将其以升温速率3℃/min升温，进行预烧处理，再将其以升温速率7℃/min升温，进行煅烧处理，煅烧完成后，将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，得到锰掺杂磷酸铁锂材料；（3）将步骤（2）获得的锰掺杂磷酸铁锂材料与有机溶剂乙醇按照质量比2：1放置到搅拌机中，均匀搅拌，搅拌过程中，加入硫酸铝溶液，加入硫酸铝后持续搅拌2h，搅拌完成后，将其抽滤后放置到鼓风烘箱中烘干，将烘干后得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂前驱体放入到空气中焙烧，焙烧后将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，获得氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料；其中实施例1-7氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备过程中，步骤（1）所述的球磨过程中，球磨时间为Ah，球磨转速为Br/min，步骤（2）所述的水热反应过程中，反应温度C℃，反应时间为Dh，煅烧前预烧过程中，升温到E℃，预烧时间为Fh，煅烧时温度为G℃，煅烧时间为Hh，步骤（3）硫酸铝溶液质量浓度为Ig/L，加入硫酸铝溶液前搅拌时间为Jh，搅拌速度为Kr/min，焙烧温度为L℃，焙烧时间为Mh，具体各步骤相关数据详见表1。表1各步骤相关数据实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7Ah22.72.42832.62.5Br/min550500650650600700600C℃150165155160150165170D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将磷源、铁源、锂源按照质量比2：2：5，葡萄糖为碳源，乙醇作为还原剂，加入到球磨机内，通入氩气惰性气体，在氩气保护下，球磨时间为2‑3h，球磨转速为500‑700r/min，球磨完成后，获得锰掺杂磷酸铁锂前驱体；（2）将一水合硫酸锰作为磷酸铁锂掺杂的锰源加入到步骤（1）获得的锰掺杂磷酸铁锂前驱体溶液中，将氨水加入到已经滴入一水合硫酸锰的磷酸铁锂前驱体溶液中，调节溶液的PH为8，进行水热反应，将反应好的浆料放置于鼓风烘箱中烘干，烘干后煅烧处理，煅烧完成后，将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，得到锰掺杂磷酸铁锂材料； （3）将步骤（2）获得的锰掺杂磷酸铁锂材料与有机溶剂乙醇按照质量比2：1放置到搅拌机中，均匀搅拌，搅拌时间为2‑3h，搅拌速度为800‑1200r/min，搅拌过程中，加入铝盐溶液，加入铝盐后持续搅拌2h，搅拌完成后，将其抽滤后放置到鼓风烘箱中烘干，将烘干后得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂前驱体放入到空气中焙烧，焙烧温度为500‑700℃，焙烧时间为5‑7h，焙烧后将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，获得氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将磷源、铁源、锂源按照质量比2：2：5，葡萄糖为碳源，乙醇作为还原剂，加入到球磨机内，通入氩气惰性气体，在氩气保护下，球磨时间为2-3h，球磨转速为500-700r/min，球磨完成后，获得锰掺杂磷酸铁锂前驱体；（2）将一水合硫酸锰作为磷酸铁锂掺杂的锰源加入到步骤（1）获得的锰掺杂磷酸铁锂前驱体溶液中，将氨水加入到已经滴入一水合硫酸锰的磷酸铁锂前驱体溶液中，调节溶液的PH为8，进行水热反应，将反应好的浆料放置于鼓风烘箱中烘干，烘干后煅烧处理，煅烧完成后，将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，得到锰掺杂磷酸铁锂材料；（3）将步骤（2）获得的锰掺杂磷酸铁锂材料与有机溶剂乙醇按照质量比2：1放置到搅拌机中，均匀搅拌，搅拌时间为2-3h，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌过程中，加入铝盐溶液，加入铝盐后持续搅拌2h，搅拌完成后，将其抽滤后放置到鼓风烘箱中烘干，将烘干后得到的氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂前驱体放入到空气中焙烧，焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为5-7h，焙烧后将其以5℃/min的降温速率降温到35℃，获得氧化铝包覆锰掺杂磷酸铁锂正极材料。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，李涛，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44