[发明专利]磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，所述磷酸锰铁锂正极材料的通式为LiFesubgt;x/subgt;Mnsubgt;1‑x‑y/subgt;Msubgt;y/subgt;POsubgt;4/subgt;/C，其中0＜x≤0.4，0＜y≤0.1，M为掺杂元素；所述磷酸锰铁锂正极材料中心锰含量与铁含量的摩尔比值为(1‑15)：1，边缘锰含量与铁含量的摩尔比值为(0.01‑1)：1；所述掺杂元素M选自第ⅡA族、第ⅣB族、第ⅤB族元素的一种或多种。本发明磷酸锰铁锂正极材料能够有效抑制锰元素溶出，延长电池寿命，有效提高磷酸锰铁锂材料的锂离子扩散速率和电子电导率，改善电池的充放电性能。本发明制备方法设备、工艺简单，制造成本低，易于进行工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源枯竭及对环境保护要求，锂离子电池作为一种清洁、绿色电池被广泛应用，而锂离子电池正极材料是限制锂离子电池在动力方面广泛应用。目前动力电池正极材料主要包括三元锂和磷酸铁锂。三元锂能力密度高，但安全性差，使用原料含有价格昂贵的金属镍和钴，成本高昂。磷酸铁锂具有安全性好、环境友好、倍率充放电特性和循环稳定性好、原材料丰富廉价等优点，但其放电电压平台较低(3.4V)，从而影响了其能量密度发挥。磷酸锰锂与磷酸铁锂相似，具有橄榄石结构，理论克容量接近170mAh/g，其放电电压平台较高(4.1V)，其能量密度理论上能比磷酸铁锂高出20％，但由于其在充放电过程中存在Mn³⁺的Jahn-Teller效应造成晶格的扭曲，Mn³⁺的溶解以及更低的锂离子扩散速率和电子电导率等不利因素，从而导致电性能不能有效发挥。通过将磷酸锰锂里一定比例的锰换成铁，形成磷酸锰铁锂，可提高其锂离子扩散速率和电子电导率。但是，简单的锰铁均匀混合对Mn元素溶出抑制效果较差。使用金属元素掺杂的方式能提高磷酸锰铁锂的锂离子扩散速率和电子电导率，但是，普通掺杂难以使掺杂元素扩散至材料深处，不能最大化地发挥改善效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的磷酸锰铁锂材料锂离子扩散速率和电子电导率低、锰溶出问题，提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，该磷酸锰铁锂正极材料充放电比容量高、锂离子扩散速率和电子电导率高、锰不易溶出，并且制备方法设备、工艺简单，制造成本低，易于进行工业化生产。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种磷酸锰铁锂正极材料，所述磷酸锰铁锂正极材料的通式为LiFe_xMn_1-x-yM_yPO₄/C，其中0＜x≤0.5，0＜y≤0.1，M为掺杂元素；所述磷酸锰铁锂正极材料中心锰含量与铁含量的摩尔比值为(1-15)：1，边缘锰含量与铁含量的摩尔比值为(0.01-1)：1；所述掺杂元素M选自第ⅡA族、第ⅣB族、第ⅤB族元素的一种或多种。

本发明第二方面提供本发明所述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，该方法包括：

1)将铁盐、锰盐、含掺杂元素M盐溶液与沉淀剂混合，得到具有梯度浓度的锰铁沉淀，然后压滤、干燥得到锰铁前驱体；

2)将磷源、锂源、碳源和锰铁前驱体混合、砂磨、干燥，高温煅烧，得到磷酸锰铁锂正极材料；

步骤1)中所述混合的条件包括：将锰盐、含掺杂元素M盐溶液按均匀速率，铁盐溶液按梯度或线性升高的速率加入沉淀剂中。

通过上述技术方案，本发明制备得到的磷酸锰铁锂材料铁元素内部含量低，外部含量相对高，能减少Mn元素和电解液直接接触，有效抑制锰元素溶出，延长电池寿命。同时，掺杂元素在磷酸锰铁锂材料内部充分分散，有效提高磷酸锰铁锂材料的锂离子扩散速率和电子电导率，改善电池的充放电性能。

附图说明

图1为实施例1碳酸锰铁前驱体的SEM图；

图2为实施例1磷酸锰铁锂正极材料的SEM图。