制备磷酸铁锰锂-碳复合材料的方法及正极材料技术

本发明专利技术涉及正极材料技术领域，提出了制备磷酸铁锰锂

【技术实现步骤摘要】
制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法及正极材料


[0001]本专利技术涉及正极材料
，具体的，涉及制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法及正极材料。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池在消费电子产品、储能电站和电动汽车领域的应用取得了巨大的成就，正极材料作为锂离子电池体系中的关键材料之一获得了广泛的关注。目前钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂等锂电正极材料是市场化程度最高的几种材料。其中磷酸锰铁锂正极材料具有更高的放电电压，这样可以使电池的能量密度提高，是一种非常具有应用潜力的正极材料。
[0003]但是磷酸锰铁锂的内在缺陷也很明显，例如：电子电导率低、锂离子扩散系数低等，这就需要对材料的结构和成分进行优化改性，颗粒尺寸纳米化和形貌控制有利于提高锂离子的迁移速率，改善放电的性能。但是在其制备过程中各种原料很容易产生微观上接触不充分，混合效果有限，导致合成的产物物相分布不均匀，粒度分布范围广，产品一致性较差，易出现杂质的问题，进而导致合成的正极材料导电性较低，充放电循环性较差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法及正极材料，解决了现有技术中正极材料导电性低、充放电循环性差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、向对苯二胺溶液中加入酸溶液和锰源进行反应，得到混合液；
[0008]S2、将混合液干燥得到第一前驱体；
[0009]S3、将第一前驱体煅烧得到第二前驱体；
[0010]S4、将第二前驱体、铁源、磷源、锂源混合后进行预煅烧，得到第三前驱体；
[0011]S5、第三前驱体与有机碳源混合研磨后煅烧得到磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料。
[0012]作为进一步的技术方案，所述对苯二胺、酸溶液中氢元素和锰源中锰元素的摩尔比为1：(1
‑
2)：(1
‑
1.5)。
[0013]如果再进一步增大酸的加入量，导致复合材料的粒径增大，库伦效率降低，循环性能下降。
[0014]作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，反应分为两步：40
‑
50℃反应1
‑
2h，升温至75
‑
85℃反应4
‑
6h。
[0015]作为进一步的技术方案，所述酸溶液为硫酸溶液或盐酸溶液。
[0016]作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，煅烧温度为400
‑
800℃，时间为5
‑
10h。
[0017]作为进一步的技术方案，所述步骤S4中，锂源中锂元素、锰源中锰元素、铁源中铁
元素、磷源中磷元素的摩尔比为1:(0.6
‑
0.8):(0.2
‑
0.4):1。
[0018]作为进一步的技术方案，所述步骤S5中，有机碳源的加入量为第三前驱体质量的5％。
[0019]作为进一步的技术方案，所述步骤S4中，预煅烧的温度为200
‑
450℃，时间为6
‑
10h。
[0020]本专利技术进行预煅烧并控制预煅烧的温度，增大了磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的充放电性能。
[0021]作为进一步的技术方案，所述步骤S5中，煅烧温度为700
‑
950℃，时间为3
‑
5h，在保护性气氛中进行煅烧。
[0022]作为进一步的技术方案，所述锰源为硝酸锰、乙酸锰、草酸锰、柠檬酸锰中的一种或多种。
[0023]作为进一步的技术方案，所述铁源为葡萄糖酸亚铁、硝酸铁、氯化亚铁、乙酸亚铁中的一种或多种。
[0024]作为进一步的技术方案，所述磷源为磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或多种。
[0025]作为进一步的技术方案，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、酒石酸锂中的一种或多种。
[0026]作为进一步的技术方案，所述有机碳源为葡萄糖、丁二酸、聚乙烯醇、柠檬酸中的一种或多种。
[0027]本专利技术的有益效果为：
[0028]1、对苯二胺在酸溶液中和锰源反应后进行焙烧得到的材料表面呈棉絮状，空隙增大，由于焙烧时发生碳化，碳元素含量较大，锰元素负载在材料表面，当加入铁源、磷源和锂源后，由于碳材料的吸附作用，各种元素离子向碳材料的方向移动，进而与锰元素生成磷酸锰铁锂，磷酸锰铁锂此时生长包覆于中心碳材料的外部。本专利技术中锰元素均匀吸附于中心碳材料的表面，因此以锰元素为核生长的磷酸锰铁锂也分布均匀，同时形成内部锰含量较高，外部铁含量较高的磷酸锰铁锂材料，大幅度增大了正极材料的充放电循环性能。
[0029]2、本专利技术的制备方法得到的复合材料中含有外部碳材料和中心碳材料，磷酸锰铁锂颗粒包覆中心碳材料，并在磷酸锰铁锂颗粒的表面包覆外部碳材料，中心碳材料和外部碳材料相互作用，控制复合材料的粒径。同时在磷酸锰铁锂的中心和外部形成锂离子充放电的通道，增加锂离子的迁移，增加导电性保证正极材料在电池中应用时的充放电循环性能。
附图说明
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0031]图1为本专利技术实施例1得到的磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的电镜图；
[0032]图2为本专利技术对比例1得到的磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的电镜图；
[0033]图3为本专利技术对比例2得到的磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的电镜图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0035]实施例1
[0036]制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，包括以下步骤：
[0037]S1、向对苯二胺溶液中加入盐酸和乙酸锰进行反应，40
‑
50℃反应1小时，升温至75
‑
85℃反应4小时，得到混合液，其中对苯二胺、盐酸中氢元素和乙酸锰中锰元素的摩尔比为1：1.5：1.2；
[0038]S2、将混合液旋蒸除水后在真空干燥箱中干燥得到第一前驱体；
[0039]S3、将第一前驱体在600℃煅烧8h得到第二前驱体；
[0040]S4、将第二前驱体、葡萄糖酸亚铁、磷酸一氢铵、氢氧化锂混合后在保护性气氛下进行300℃预煅烧8h，得到第三前驱体，氢氧化锂、乙酸锰中锰元素、葡萄糖酸亚铁、磷酸一氢铵的摩尔比为1：0.7：0.3：1；
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向对苯二胺溶液中加入酸溶液和锰源进行反应，得到混合液；S2、将混合液干燥得到第一前驱体；S3、将第一前驱体煅烧得到第二前驱体；S4、将第二前驱体、铁源、磷源、锂源混合后进行预煅烧，得到第三前驱体；S5、第三前驱体与有机碳源混合研磨后煅烧得到磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料。2.根据权利要求1所述的制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，其特征在于，所述对苯二胺、酸溶液中氢元素和锰源中锰元素的摩尔比为1：(1
‑
2)：(1
‑
1.5)。3.根据权利要求1所述的制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中，反应分为两步：40
‑
50℃反应1
‑
2h，升温至75
‑
85℃反应4
‑
6h。4.根据权利要求1所述的制备磷酸铁锰锂
‑
碳复合材料的方法，其特征在于，所述步骤S3中，煅烧温度为400
‑
800℃，时间为5
‑
10h。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张千，张川，张建平，
申请(专利权)人：河北麦森钛白粉有限公司，
类型：发明
国别省市：