[发明专利]磷酸锰铁锂复合材料及制备方法和应用

权利要求书

1.一种磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于，主要包括金属掺杂磷酸锰铁锂材料和碳材料，所述金属掺杂磷酸锰铁锂材料的组成为：LiFe_1-x-y-zMn_xTi_yM_zPO₄，其中，M包括Mg、V、Zr、Nb、In、Al、Co和Ni中的至少一种，0.5≤x≤0.8，0y≤0.2，0z≤0.01，所述碳材料选自碳纳米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的碳材料改性磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述碳材料在所述磷酸锰铁锂复合材料中占比为1-3wt％；

优选地，所述金属掺杂磷酸锰铁锂材料表面具有由碳源形成的碳包覆层，一部分所述碳材料包覆于所述碳包覆层上，一部分所述碳材料穿插于所述金属掺杂磷酸锰铁锂间隙中。

3.一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

将铁源、磷源、锂源、锰源、钛源、M源和部分碳材料混合溶解，经液相合成制备得到第一前驱体，再将所述第一前驱体进行一次烧结，得到预烧结料；

将所述预烧结料和剩余碳材料混合研磨，经喷雾干燥得到第二前驱体，再将所述第二前驱体进行二次烧结，得到所述磷酸锰铁锂复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自碳纳米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一种，

和/或，所述部分碳材料用量为碳材料总用量的60％-90％，所述剩余碳材料用量为所述碳材料总用量的10％-40％；

和/或，所述M源包括镁源，钒源，锆源，铌源，铟源，铝源，钴源和镍源中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体的制备包括：将铁源、锰源、钛源、磷源、锂源和M源混合溶解后加入碳源，再加入部分碳材料混合溶解，经液相合成，即得；

优选地，在制备所述第一前驱体的过程中所采用的溶剂为酸性水溶液；更优选为硝酸水溶液；

优选地，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、PEG中的至少一种，

优选地，所述碳源的用量为铁源、锰源、钛源、磷源和锂源总质量的15％-25％；

优选地，所述锂源、铁源、锰源、钛源、磷源和M源的摩尔比为1:(1-x-y-z):x:y:1:z，其中，0.5≤x≤0.8，0y≤0.2，0z≤0.01。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述一次烧结的条件包括：第一保护气体存在下，将所述第一前驱体在500-600℃下进行一次烧结；

优选地，所述一次烧结的时间为5-8h；

优选地，所述一次烧结的升温速率为10-20℃/min；

优选地，所述第一保护性气体包括氮气、氩气、氢气、气化甲烷或乙醇中的任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二前驱体的制备包括：将所述预烧结料、剩余碳材料和水混合后进行砂磨，再经喷雾干燥，即得；

优选地，所述预烧结料、所述剩余碳材料和所述水混合的质量比为(30-50)：(5-20)：(40-50)；

优选地，所述喷雾干燥的设备进风口温度为100-150℃，风机转速为1000-2000r/min。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二次烧结的条件包括：第二保护气体存在下，将所述第二前驱体在700-800℃下进行二次烧结；

优选地，所述二次烧结的时间为8-10h；

优选地，所述二次烧结的升温速率为30-50℃/min；

优选地，所述第二保护性气体包括氮气、氩气、氢气、气化甲烷或乙醇中的任意一种或至少两种的组合；

更优选地，在所述二次烧结的步骤后，还包括：将所述二次烧结得到的物料进行粉碎，再将粉碎后的物料过200目筛网。