[发明专利]一种制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。

背景技术

钴酸锂（LiCoO₂）是目前商品化锂离子电池中应用最广泛的正极材料，但钴资源匮乏，造成LiCoO₂材料价格高昂，增加了锂离子电池的材料成本。橄榄石型磷酸锰锂（LiMnPO₄）具有4.1 V 的电压平台，与LiCoO₂的4 V平台基本一致，而且生产原料来源广泛，是一种物美价廉的正极材料，可望替代LiCoO₂材料。然而，纯的LiMnPO₄材料电化学活性低，无法满足实际应用的要求，但通过阳离子取代、减小颗粒尺寸和碳包覆等方法改性后，所得LiMnPO₄基材料性能得到了极大提高，近年来引起了人们极大的关注。其中，锰位铁镁共取代磷酸锰锂基复合正极材料（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）具有优异的电化学性能，表现出了很好的应用前景。

目前，制备LiMnPO₄基材料的方法有固相法、溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、共沉淀法等，除了水热法和溶剂热法等少数液相法能直接制备LiMnPO₄基材料外，大部分方法都是先制备前驱体，然后烧结得到LiMnPO₄基材料。无论是前驱体的烘干还是烧结，传统的方法都需要几个小时至一二十个小时，制备时间长，效率低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，利用喷雾干燥法快速烘干制得前驱体，然后通过微波烧结快速合成制备锰位铁镁共取代磷酸锰锂基（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）复合正极材料。

一种制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，具体步骤如下：

（1）室温条件下，将锂源、锰源、铁源、镁源、磷源和碳源混合均匀，并在固体混合物中加入水，其中水与固体混合物的液固重量比为0.5~1:1，球磨混合2~10h；然后加水稀释得到浆料，其中浆料中水和固体混合物的液固重量比为2~9:1；

（2）在温度为200~350℃的条件下，将步骤（1）所得浆料进行喷雾快速高效干燥制得前驱体；

（3）在惰性气氛保护下，将步骤（2）所得前驱体进行微波加热，微波烧结，冷却即得LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C复合正极材料。

所述步骤（1）固体混合物中锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1 : 0.8 : 0.2-x : x : 1（0 ≤ x ≤ 0.05）。

所述步骤（1）中碳源的质量为锂源、锰源、铁源、镁源和磷源总质量的3~15%。

所述步骤（1）中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的一种或两种；

所述步骤（1）中锰源为草酸锰铁或磷酸锰铁；

所述步骤（1）中铁源为草酸锰铁或磷酸锰铁；

所述步骤（1）中镁源为草酸镁或醋酸镁；

所述步骤（1）中磷源为磷酸二氢锂、磷酸二氢铵、磷酸锰铁中的一种或两种；

所述步骤（1）中碳源为炭黑、蔗糖或葡萄糖；

所述步骤（3）中惰性气氛保护的气体为氮气或氢氮混合气；

所述步骤（3）中微波频率为2450 MHz，微波加热升温速率为1~10℃/min，微波烧结温度为600~800℃，微波烧结时间为3~30min。

本发明的有益效果是：

本发明方法制备锰位铁镁共取代磷酸锰锂基（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）复合正极材料的工艺简单实用、易于实现而且快速高效，可以显著缩短前驱体烘干和烧结的时间，从而显著提高生产效率和节省材料生产成本，同时并不影响制备所得锰位铁镁共取代磷酸锰锂基复合正极材料的性能，制备得到的材料电化学活性好，可逆容量高。

附图说明