一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，属于锂电池技术领域。它解决了现有磷酸锰铁锂材料克容量低、导电性差等问题，一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，主体材料的化学式为LiMn

A cathode material of lithium manganese iron phosphate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池
，特别涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
在当今社会能源问题和环境问题已经引起人们的广泛重视，二次电池不仅可以作为储能工具促进太阳能发电、风力发电的发展，而且可以作为交通工具的能量来源从而减少化石燃料的使用和减少车辆尾气排放。在各类二次电池中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、对环境友好等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品、电动工具、电动车辆等领域。锂离子电池可以选用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等几种，其中磷酸铁锂材料具有原料来源丰富、循环性能好、安全性高等优点，也已经被大量使用。但是磷酸铁锂的放电电压平台比较低，这限制了其能量密度，且由于放电电压平台差别明显而难以与锰酸锂或镍钴锰酸锂混合搭配使用。与磷酸铁锂(LiFePO4)相比，磷酸锰铁锂(LiMn1-xFexPO4)具有4.0V左右的高电位和几乎相同的理论容量，在同等容量发挥的条件下，磷酸锰铁锂电池的能量密度将比磷酸铁锂电池提高近20％，因此有望成为更具竞争力的新一代正极材料。磷酸锰铁锂LiMn1-xFexPO4(0<x<1)是在LiMnPO4改性的基础上发展起来的，而单一的LiMnPO4几乎为绝缘体，所以现有的磷酸锰铁锂材料(LiMn1-xFexPO4(0<x<1))的导电性也很差，为了使材料的电化学活性充分发挥出来需要做进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种磷酸锰铁锂正极材料；本专利技术的第二个目的是提供一种制备上述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。本专利技术的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，主体材料的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，同时含有质量分数为0.5-3％的碳，M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合。本专利技术的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种制备上述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：将硫酸锰、硫酸亚铁、MSO4按照摩尔比(1-x-y):x:y溶于水得到混合溶液A；将碳酸钠溶于水得到溶液B；S02：在搅拌状态下将溶液A和溶液B混合反应，将沉淀物过滤、洗涤、烘干，得到碳酸锰铁(Mn1-x-yFexMyCO3)；S03：将步骤S02中得到的碳酸锰铁与锂源、磷源、碳源按比例称量混合，加入酒精，球磨后烘干；S04：将S03得到的混合物在氮气保护下600～800℃烧结8～18h，冷却后研磨过筛，得到磷酸锰铁锂材料。M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02。优选地，溶液A中，金属离子的总浓度为1-2mol/L。优选地，溶液B中，碳酸钠的浓度为1-2mol/L。优选地，步骤S03中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的一种或任意组合。优选地，步骤S03中，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂中的一种或任意组合。优选地，步骤S03中，所述碳源为炭黑、蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉中的一种或任意组合。优选地，步骤S04中，烧结温度为700-750℃，烧结10-12h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的磷酸锰铁锂正极材料，其主要成分(即主体材料)为LiMn1-x-yFexMyPO4(0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02)，同时还包含有质量分数为0.5-3％的碳(0.5-3％的碳是指碳在总的磷酸锰铁锂正极材料中的占比)，0.5-3％的碳能够明显改善材料的导电性，实现较大倍率的充电和放电，且材料中掺入元素M，M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合，能够改善磷酸锰铁锂材料的晶体结构，提升材料导电性。2、本专利技术中采用共沉淀法制备含有Mn、Fe、M元素的复合碳酸盐前驱体，能实现以上几种金属元素在分子水平上的充分混合，正极材料中的元素分布、晶体结构均一，能够充分发挥几种金属元素的协同效应，使材料具有稳定的晶体结构和较好的导电性。附图说明图1为实施例1得到的磷酸锰铁锂正极材料的扫描电镜照片。图2为实施例1扣式半电池在0.1C倍率下的充放电曲线。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1按摩尔比55:44:1称取对应量的MnSO4、FeSO4、MgSO4溶于去离子水，得到金属离子总浓度为1mol/L的溶液1L，同时配制0.55L浓度为2mol/L的Na2CO3溶液，将两种溶液在搅拌状态下充分反应，并将沉淀物过滤、洗涤、烘干，得到Mn0.55Fe0.44Mg0.01CO3粉末。将此粉末与36.95gLi2CO3、115.03gNH4H2PO4、16g蔗糖混合，加入适量酒精充分球磨，然后烘干。然后在通有高纯氮气的管式炉中在700℃下烧10h，冷却至室温后研磨过筛，就得到化学式为LiMn0.55Fe0.44Mg0.01PO4且含有导电碳的磷酸锰铁锂材料。将此磷酸锰铁锂材料为正极、金属锂片为负极组装成扣式半电池，以0.1C倍率充电和放电，得到的首次放电比容量为143.6mAh/g，如图2所示。如图1所示，得到磷酸锰铁锂正极材料在扫描电镜下的照片。实施例2按摩尔比67:32:0.2:0.8称取对应量的MnSO4、FeSO4、NiSO4、ZnSO4溶于去离子水，得到金属离子总浓度为2mol/L的溶液0.5L，同时配制1.2L浓度为1mol/L的Na2CO3溶液，将两种溶液在搅拌状态下充分反应，并将沉淀物过滤、洗涤、烘干，得到Mn0.67Fe0.32Ni0.002Zn0.008CO3粉末。将此粉末与41.97gLiOH·H2O、132.06g(NH4)2HPO4、18g葡萄糖混合，加入适量酒精充分球磨，然后烘干。然后在通有高纯氮气的管式炉中在750℃下烧12h，冷却至室温后研磨过筛，就得到化学式为LiMn0.67Fe0.32Ni0.002Zn0.008PO4且含有导电碳的磷酸锰铁锂材料。将此磷酸锰铁锂材料为正极、金属锂片为负极组装成扣式半电池，以0.1C倍率充电和放电，得到的首次放电比容量为142.1mAh/g。本专利技术提供了2组实施例，实施例1和实施例2均能制得本专利技术的磷酸锰铁锂正极材料，且具有稳定的晶体结构和较好的导电性。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本专利技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，主体材料的化学式为LiMn

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，主体材料的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，同时含有质量分数为0.5-3％的碳，M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合。


2.一种制备如权利要求1所述的一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：将硫酸锰、硫酸亚铁、MSO4按照摩尔比(1-x-y):x:y溶于水得到混合溶液A；将碳酸钠溶于水得到溶液B；
S02：在搅拌状态下将溶液A和溶液B混合反应，将沉淀物过滤、洗涤、烘干，得到Mn1-x-yFexMyCO3；
S03：将步骤S02中得到的碳酸锰铁与锂源、磷源、碳源按比例称量混合，加入酒精，球磨后烘干；
S04：将S03得到的混合物在氮气保护下600～800℃烧结8～18h，冷却后研磨过筛，得到磷酸锰铁锂材料；
M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，周建中，孙学磊，李明钧，施利勇，孙伟，周翠芳，
申请(专利权)人：浙江天能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33