[发明专利]一种利用石墨烯改善制备磷酸铁锰锂电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂壳聚糖的锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，属于电极材料领域。

背景技术

廉价橄榄石型LiFePO₄具有较高的电位(相对于Li/Li⁺ 为3.4V)、170mA・h/g的理论容量、优良的循环性能和安全性能，是一类优秀的候选正极材料，与其他锂离子电池正极材料相比在成本、高温性能、安全性方面具有突出的优势。磷酸铁锂(LiFePO₄)具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为 Pnma。在锂原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO₄四面体，晶体中PO₄限制了 Li⁺的移动空间，使得Li⁺的嵌、脱过程只局限在二维可移动空间，因此，LiFePO₄的电子、离子导电率均比较低，尤其在大电流放电的条件下，会有较大的容量损失。相对于磷酸铁锂，磷酸锰锂材料具有更高的放电平台4.1V，并且LiMnPO₄的能量密度也更高，所以可以结合二者的优势，合理调控Mn与Fe的比例，制备磷酸铁锰锂正极材料。目前，主要是通过掺杂、包覆与纳米化来提高正极材料的电导率。

目前，磷酸铁锂(LiFePO₄)主要通过控制晶粒生长，制备出粒径均一、细小的材料，从而强化材料的离子传导性能。合成LiFePO₄—般是采用高温固相法。中国发明专利201010300220.8公开了一种磷酸亚铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，该方法将粉状铁源、锂源、磷源在螺杆机中挤压粉碎。用该法不能得到晶型规整的粉体材料，而且工艺复杂，需要长时间高温煅烧。

发明内容

本发明通过调控Mn与Fe的比例制备LiFe_xMn_yPO₄复合电极材料，并添加石墨烯进行包覆掺杂，综合提高LiFe_xMn_yPO₄的导电及充放电性能。此方法制备过程时间短、条件控制简便、成本低、加工性能好，制备的电极微粉的导电及充放电性能好。具体制备工艺包括如下步骤：

⑴以醋酸锂（分析纯）作为锂源，以醋酸亚铁（分析纯）作为铁源，磷酸二氢铵（分析纯）作为磷酸源，及草酸锰（分析纯）、石墨烯（分析纯）作为掺杂原料，首先取适量的醋酸锂、醋酸亚铁、磷酸二氢铵、草酸锰，按照LiFe_xMn_yPO₄（X+Y=1，其中X≥0.6）的原子比例混合配料，将配好的混合物置于玛瑙研钵中，添加适量的乙醇进行湿法研磨，研磨一段时间，粉体会先变成粥状，并伴有醋酸味冒出，继续研磨，当粉体全部变成淡黄色的粉末停止研磨，自然晾干后得前驱体粉末；

⑵将步骤⑴所得到的前驱体粉末，加入适量的石墨烯和乙醇溶液，进行湿法研磨，研磨均匀后，晾干；

⑶在惰性气体氛围保护下，将步骤(2)所得的晾干的混合物粉末进行热处理；

⑷所得产物在惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种新型包覆石墨烯的磷酸铁锰锂复合电极材料。

所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑴中，X的取值范围优先为0.2-0.3之间，研磨中伴有醋酸味冒出时，优先继续研磨时间控制在0.6小时。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑵中，所述石墨烯添加量为前驱体质量百分比的3%，添加乙醇溶液需浸没粉末为止，晾干方式采用自然晾干。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑶中，所述的热处理过程是：在氮气氛围条件下，先在300-400℃环境恒温加热6-10h，然后将温度升至500-600℃，恒温10-15h。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑷中，所述的惰性气体氛围是在氮气或者氩气或者其两者混合氛围下。

实施例一：