一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法技术

一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法，磷酸铁锰镁锂的化学通式为LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4，按摩尔比1.0-1.2∶0.5∶0.45∶0.05∶1称取锂源、铁源、锰源、镁源、磷源于球磨罐中，并加入碳源，以蒸馏水作为分散剂，置于球磨机中球磨，制得磷酸铁锰镁锂前驱体；将前驱体放入微波炉中，经2～20min的微波处理干燥后，留待煅烧；将微波处理后的前驱体粉料，在惰性气体氛围保护下，控制升温速率为5～12℃/min，于500～850℃下煅烧处理3～15h，最后随炉冷却至室温，即得掺杂的碳包覆磷酸铁锰镁锂正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法
本专利技术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铁锰镁锂及其制备方法。
技术介绍
随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，各国对能源的需求日益增大，而传统化石能源(煤、石油、天然气)的减少和地球环境的日益恶化，成为了人类生存发展的两大障碍，寻找新能源，开发节能环保的能源储存转换装置成为各国研究的热点课题之一。电池作为一种化学能和电能相互转化的器件，是合理利用能源的重要媒介，社会的进步使得开发绿色、高能、安全的电源成为了一种迫切需求。在众多的二次电池中，锂离子二次电池（Lithium-ionbatteries，简称LIB）自诞生之初便凭借其无法比拟的性能成为了全球广泛关注的焦点。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它不仅作为电极材料参与电化学反应，而且是锂离子的提供者。由于正极材料的密度远高于负极材料，因此正极材料比容量对电池比容量的影响更大，且正极材料约占锂离子电池成本的40%左右。因此，正极材料的性能和价格等是制约锂离子电池进一步向高能量、长寿命和低成本发展的瓶颈。而LiFeMnPO4这种材料具有成本低、对环境友好，能量密度高等优点。然而，这类材料普遍存在的问题是导电率差，为了提高材料的电化学性能,人们使用了许多方法来解决这个问题，如：(1)小的均匀颗粒尺寸可缩短锂离子扩散路径，增大锂离子嵌入脱出时的有效表面积；(2)碳包覆能提高其导电性，并解决颗粒团聚问题；(3)通过金属掺杂提高电子导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种离子导电率和电子导电率高，并且能够提高了合成材料的工作电压及材料的比能量的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法，其特征在于：磷酸铁锰镁锂的化学通式为LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4，制备步骤如下：按摩尔比1.0-1.2：0.5：0.45：0.05:1称取锂源、铁源、锰源、镁源、磷源于球磨罐中，并加入质量分数5%~13%的碳源，以蒸馏水作为分散剂，置于球磨机中球磨1-5h，制得磷酸铁锰镁锂前驱体；将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉中，经2~20min的微波处理干燥后，留待煅烧；将微波处理后的前驱体粉料，在惰性气体氛围保护下，控制升温速率为5~12℃/min，于500~850℃下煅烧处理3~15h，最后随炉冷却至室温，即得掺杂的碳包覆磷酸铁锰镁锂正极材料。此方法中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂中的一种或几种；所述铁源为磷酸铁、草酸亚铁、硝酸铁或氧化铁中的一种或几种，所述磷源为磷酸铁、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种或几种。此方法中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、淀粉或聚乙二醇中的一种或几种，所述锰源为乙酸亚锰、二氧化锰、碳酸锰中的一种或几种，所述镁源为氧化镁、乙酸镁中的一种或几种，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或几种。此方法中，按摩尔比1.05：0.5：0.45：0.05:1称取碳酸锂、硝酸铁、乙酸亚锰、乙酸镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数13%的葡萄糖于球磨机中球磨2h，将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经5min的微波处理后，留待煅烧，控制升温速率在10℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下650℃煅烧处理12h，随炉冷却至室温，得到碳包覆的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4正极材料。此方法中，按摩尔比1.1：0.5：0.45：0.05:1称取碳酸锂、磷酸铁、乙酸亚锰、氧化镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数10%的淀粉于球磨机中球磨1h，混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经10min的微波化合处理后，留待煅烧，控制升温速率在11℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下，750℃煅烧处理10h，随炉冷却至室温，得到碳包覆的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4正极材料。此方法中，按摩尔比1.08：0.5：0.45：0.05:1称取一定量的碳酸锂、氧化铁、碳酸锰、乙酸镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数8%的蔗糖于球磨机中球磨5h，混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经16min的微波化合处理后，留待煅烧，控制升温速率在8℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下，800℃煅烧处理8h，随炉冷却至室温，得到碳包覆的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4正极材料。此方法中，按摩尔比1.02：0.5：0.45：0.05:1称取一定量的碳酸锂、草酸亚铁、乙酸亚锰、氧化镁、磷酸氢二铵，然后加入质量分数6%的聚乙二醇于球磨机中球磨3h，将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经20min的微波处理后，留待煅烧，控制升温速率在12℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下，600℃煅烧处理12h，随炉冷却至室温，得到碳包覆的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4正极材料。本专利技术的优点效果在于：本专利在磷酸铁锰锂基础上进行了改性实验，通过对磷酸铁锰锂进行碳包覆和镁元素的掺杂改善材料的离子导电率和电子导电率，通过掺杂镁元素改善材料的电化学性能，获得了一种磷酸铁锰镁锂正极材料，本专利技术方法制得的磷酸铁锰镁锂正极材料，具有较高放电电压平台及放电比容量，也具有优于磷酸铁锰锂的电子导电性，材料导电性能优良，其放电比容量0.2C下可达122mAh/g，电化学性能明显有了进一步提升，同时本专利技术制备工艺简单，安全性好，对环境无污染，价格低廉，能降低电池成本，适于工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4的0.2C首次充放电性能曲线；图2是本专利技术实施例1制得的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4的倍率循环性能曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：本专利技术如图1、2所示，实施例1按摩尔比1.05：0.5：0.45：0.05:1称取一定量的碳酸锂、硝酸铁、乙酸亚锰、乙酸镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数13%的葡萄糖于球磨机中球磨2h，将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经5min的微波处理后，留待煅烧。控制升温速率在10℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下，650℃煅烧处理12h，随炉冷却至室温，得到碳包覆的LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4正极材料。以制备的磷酸锰镁锂为锂离子电池正极材料，乙炔黑为导电剂，聚偏氟乙烯为粘结剂，制成正极电极片，以金属锂为负极，1mol/LLiPF6-EC/DMC为电解液，组成扣式电池。电压测试范围为2.3~4.5V、在0.2C倍率下进行充放电测试，测试结果见附图1。从图中可以看出，此材料的首次放电比容量为129.3mAh/g，首次库伦效率为95.4%，图2为本材料的倍率循环性能曲线，0.2C循环20次后，容量保持率为99.0%，1C循环20次后，容量保持率为99.1%，2C循环20次后，容量保持率为98.8%。实施例2按摩尔比1.1：0.5：0.45：0.05:1称取一定量的碳酸锂、磷酸铁、乙酸亚锰、氧化镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数10%的淀粉于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂及其制备方法，其特征在于：磷酸铁锰镁锂的化学通式为LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4，制备步骤如下：按摩尔比1.0‑1.2：0.5：0.45：0.05:1称取锂源、铁源、锰源、镁源、磷源于球磨罐中，并加入质量分数5%~13%的碳源，以蒸馏水作为分散剂，置于球磨机中球磨1‑5h，制得磷酸铁锰镁锂前驱体；将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉中，经2~20min的微波处理干燥后，留待煅烧；将微波处理后的前驱体粉料，在惰性气体氛围保护下，控制升温速率为5~12℃/min，于500~850℃下煅烧处理3~15h，最后随炉冷却至室温，即得掺杂的碳包覆磷酸铁锰镁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂的制备方法，其特征在于：磷酸铁锰镁锂的化学通式为LiFe0.5Mn0.45Mg0.05PO4，制备步骤如下：按摩尔比1.0-1.2：0.5：0.45：0.05:1称取锂源、铁源、锰源、镁源、磷源于球磨罐中，并加入质量分数5%~13%的碳源，以蒸馏水作为分散剂，置于球磨机中球磨1-5h，制得磷酸铁锰镁锂前驱体；将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉中，经2~20min的微波处理干燥后，留待煅烧；将微波处理后的前驱体粉料，在惰性气体氛围保护下，控制升温速率为5~12℃/min，于500~850℃下煅烧处理3~15h，最后随炉冷却至室温，即得掺杂的碳包覆磷酸铁锰镁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂的制备方法，其特征在于：所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂中的一种或几种；所述铁源为磷酸铁、草酸亚铁、硝酸铁或氧化铁中的一种或几种，所述磷源为磷酸铁、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂的制备方法，其特征在于：所述碳源为葡萄糖、蔗糖、淀粉或聚乙二醇中的一种或几种，所述锰源为乙酸亚锰、二氧化锰、碳酸锰中的一种或几种，所述镁源为氧化镁、乙酸镁中的一种或几种，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰镁锂的制备方法，其特征在于：按摩尔比1.05：0.5：0.45：0.05:1称取碳酸锂、硝酸铁、乙酸亚锰、乙酸镁、磷酸二氢铵，然后加入质量分数13%的葡萄糖于球磨机中球磨2h，将混合均匀后的磷酸铁锰镁锂前驱体放入微波炉，经5min的微波处理后，留待煅烧，控制升温速率在10℃/min，将化合处理后的前驱体粉料，在氮气氛围保护下650℃煅烧处理12h，随炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：关成善，宗继月，孟博，王颖，
申请(专利权)人：山东精工电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37