[发明专利]一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，包括如下步骤：将铁源、锰源和磷酸的乙二醇溶液按比例混合搅拌，然后向其中加入阳离子表面活性剂，继续搅拌混合，搅拌时间为30‑60min，所述阳离子表面活性剂为含氮的有机胺衍生物；搅拌完成后，向其中加入锂源和吐温80，搅拌混匀后，在高温高压反应釜中，180‑300℃保温6‑12h，将颗粒产物在惰性氛围下600‑700℃煅烧3‑5h，即得。以含氮的有机胺衍生物为主阳离子表面活性剂做诱导，诱导磷酸锰铁锂晶体在(001)晶面取向上生长得到棒状的纳米磷酸锰铁锂，磷酸锰铁锂的纳米棒结构缩短了锂离子的迁移路径，提升锂离子的转移速率。

技术领域

本发明属于电池正极材料技术领域，特别是涉及一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

锂离子电池是目前数码设备、新能源汽车等常用的电能存储设备。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个主要部分组成。其中，正极材料在锂离子电池中起着极其重要的作用。正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，也是目前锂离子电池中主要的锂离子来源。磷酸锰铁锂(LiMn_xFe_1-xPO₄,LMFP)因具有成本低、安全性高和循环寿命长等优点而被广泛应用在锂离子电池正极中。随着电动汽车销量的快速增长，“充电慢”的问题日渐突出，所以提升锂离子电池的充电速度已迫在眉睫。

目前，商业化使用的磷酸锰铁锂较磷酸铁锂(LiFePO₄,LFP)具有更高的能量密度、更高的工作电压，但也存在着电子电导率低，锂离子扩散速率低的缺点。LMFP电导率仅10^-13S·cm^-1、锂离子扩散速率为10^-15cm²·S^-1，分别为LFP的1/10和1/10000。相比于LFP 0.3eV的跃迁能隙，电子在LMFP中跃迁能隙高达2eV，基本属于绝缘体，导致其电子电导率及离子迁移率低，从而限制了LMFP的充放电速率。

业界通常采用有机酸或有机盐类制备反应前驱体，再进行反应或通过表面掺杂包覆从而达到对磷酸锰铁锂改性的目的，进而提升倍率性能，但前驱体的改性和掺杂包覆不能改变磷酸锰铁锂的形貌和锂离子迁移路径，对磷酸锰铁锂正极倍率的提升难以满足要求。常规掺杂、包覆改性后的磷酸锰铁锂的形貌依然是颗粒的圆球状形貌，并不能直接缩短锂离子的迁移通道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料，其为棒状结构，自内到外依次为棒状磷酸锰铁锂晶体内核、第一碳包覆层和第二碳包覆层，棒状磷酸锰铁锂晶体内核的生长方向为(001)方向。

在一些实施例中，所述棒状磷酸锰铁锂晶体内核的长为200-600，直径50-100nm，优选为350-450nm，直径为65-75nm。

在一些实施例中，第一碳包覆层的厚度为1.0-1.5nm，优选为1.1nm。

在一些实施例中，所述第一碳包覆层中掺杂氮，氮掺杂的质量百分数为0.3-0.4wt％，优选为0.38wt％。氮元素呈电负性，还可以加速电子的传递速率。

在一些实施例中，第二碳包覆层的厚度为0.4-0.8nm，优选0.6nm。

第二方面，本发明提供一种高倍率纳米磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：