[发明专利]一种镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，包括正极活性材料和复合在正极活性材料表面的包覆材料，正极活性材料包括磷酸锰铁锂基体和共掺杂于磷酸锰铁锂基体中的镁和镍，所述镁的掺杂重量百分比为0.5～3％，所述镍的掺杂重量百分比为0.5～3％。制备方法包括如下步骤：S1，将锂源、磷源、铁源、锰源、镁源、镍源溶于溶剂中并不断搅拌，滴加碳源，直至搅拌成凝胶状；S2，对凝胶状混合物进行烘干，得到干凝胶；S3，将干凝胶置于保护气氛中进行煅烧，得到碳包覆的镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料。镁和镍分别取代了部分的锂和铁，通过不同位置的取代在磷酸锰铁锂材料中形成缺陷及杂质能级，镁和镍协同作用，改善磷酸锰铁锂的导电性。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，对于动力电池的需求也越来越高，对于动力电池的安全性和能量密度都提出了更高的要求。目前动力电池的能量密度主要受限于电极材料尤其是正极材料，正极材料的能量密度是电池整体高能量密度实现最大的影响因素。

目前市场上最常见的两种锂离子电池用的正极材料分别为层状三元体系材料和磷酸铁锂材料。三元正极材料虽然能量密度高，但是因为其层状的晶体结构，热稳定性较差，造成以三元材料作为正极的锂离子电池普遍安全性较差。磷酸铁锂材料因其橄榄石型的晶体结构具有非常好的安全性，但是磷酸铁锂材料锂的脱嵌电位较低，组装成电池后的电压相对于三元材料有明显的降低，因此磷酸铁锂电池的能量密度受到了较大的限制。

磷酸锰铁锂材料具有与磷酸铁锂同类型的晶体结构，保证了结构的安全性，同事因为锰元素的存在，极大提高了磷酸锰铁锂的工作电压，为在保证电池材料安全性的前提下提高电池材料的能量密度，磷酸锰铁锂材料被普遍看好成为下一代主流电极材料。

虽然磷酸锰铁锂材料具有高安全性和高电压，但是本身导电性较差，通过掺杂离子改善材料的导电性是一种常见的改善方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，镁和镍分别取代了部分的锂和铁，通过不同位置的取代在磷酸锰铁锂材料中形成缺陷及杂质能级，镁和镍协同作用，改善磷酸锰铁锂的导电性。

本发明所述的镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料，包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料，所述正极活性材料包括磷酸锰铁锂基体和共掺杂于磷酸锰铁锂基体中的镁和镍，所述镁的掺杂重量百分比为0.5～3％，所述镍的掺杂重量百分比为0.5～3％。

进一步，所述镁的掺杂重量百分比为0.5～3％，所述镍的掺杂重量百分比为0.5～3％。

一种镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1，将锂源、磷源、铁源、锰源、镁源、镍源溶于溶剂中并不断搅拌，搅拌过程中滴加碳源，直至搅拌成凝胶状；

S2，对凝胶状混合物进行烘干，除去多余的溶剂，得到干凝胶；

S3，将干凝胶置于保护气氛中进行煅烧，得到碳包覆的镁、镍共掺杂磷酸锰铁锂正极材料。

进一步，所述锂源为氢氧化锂或碳酸锂，所述磷源为磷酸或磷酸二氢铵，所述铁源为草酸亚铁，所述锰源为碳酸锰或硫酸锰。

进一步，所述镁源为碳酸镁、硫酸镁或氢氧化镁，所述镍源为氢氧化镍、碳酸镍或硫酸镍。

进一步，所述碳源为葡萄糖、蔗糖或柠檬酸。

进一步，所述S1中，每100mL溶剂内添加0.1～0.12mol锂源、0.095～0.1mol磷源、0.05～0.055mol铁源、0.5～0.55mol锰源、0.0005～0.003mol镁源、0.0005～0.003mol镍源和0.01～0.05mol碳源。