[发明专利]一种磷酸铁锂-富锂锰基双相电极材料的原位制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂‑富锂锰基双相电极材料的原位制备方法，该方法将锂源化合物的水溶液和磷源化合物的水溶液混匀后加入纳米富锂锰基化合物粉末，用二价铁源化合物的水溶液滴定使磷酸铁锂在纳米富锂锰基粉末上形核生长，得到磷酸铁锂‑富锂锰基双相前驱体粉末，然后进行碳包覆，再涂布于基底上得到磷酸铁锂‑富锂锰基双相电极材料。本发明使磷酸铁锂在纳米富锂锰基粉末上原位形核生长，得到以磷酸铁锂为表面修饰壳层，以富锂锰基为核芯的核壳结构材料，增强了双相电极材料的导电性，减少富锂锰基材料在循环过程中体积变化带来的不良影响，使双相电极材料同时具备良好的热稳定性和循环性能，以及较高的体积比能量密度和重量比能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂-富锂锰基双相电极材料的原位制备方法。

背景技术

磷酸铁锂电池是目前安全性最高的电池，磷酸铁锂材料特有的橄榄石晶体结构中的磷酸基对整个材料的框架具有稳定的作用，使得材料本身具有良好的热稳定性和循环性能。但目前磷酸铁锂电池存在的缺点是体积比能量密度和重量比能量密度均较低，满足不了动力电池所需的高续航里程的要求。

富锂锰基电池在所有类型的电池中具有最高的可逆容量(250mAh·g^-1)，但循环过程中富锂锰基正极材料会与电解液之间发生反应，导致层状结构向缺陷型尖晶石结构的相转变。因此有必要寻找一种电极材料，既具有较高的可逆容量，又具有良好的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种磷酸铁锂-富锂锰基双相电极材料的原位制备方法。该方法采用液相法使磷酸铁锂在纳米富锂锰基粉末上原位形核生长，并在纳米富锂锰基粉末的周围形成包覆层，得到以磷酸铁锂为表面修饰壳层，以富锂锰基为核芯的核壳结构材料，增强了双相电极材料的导电性，减少富锂锰基材料在循环过程中体积变化带来的不良影响，使双相电极材料同时具备良好的热稳定性和循环性能，以及较高的体积比能量密度和重量比能量密度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种磷酸铁锂-富锂锰基双相电极材料的原位制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将锂源化合物的水溶液和磷源化合物的水溶液混合均匀，得到混合悬浊液；所述锂源化合物的水溶液和磷源化合物的水溶液的浓度均为0.05mol/L～5mol/L；

步骤二、将纳米富锂锰基化合物粉末加入到步骤一中得到的混合悬浊液中搅拌均匀，然后在继续搅拌的条件下，采用二价铁源化合物的水溶液进行滴定，使磷酸铁锂在纳米富锂锰基粉末上形核生长，得到磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体浆液；所述混合悬浊液中锂源化合物和磷源化合物的总质量与纳米富锂锰基粉末的质量比为(0.2～1.5):1；

步骤三、将步骤二中得到的磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体浆液静置后过滤，得到的滤渣用去离子水清洗后干燥，得到磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体粉末；所述静置的时间为2h以上；

步骤四、将步骤三中得到的磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体粉末加入到有机碳源的溶液中搅拌均匀后过滤，得到的滤渣用去离子水清洗后干燥，得到有机碳源包覆的磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体粉末；所述有机碳源的质量为磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体粉末质量的3％～80％；

步骤五、将步骤四中得到的有机碳源包覆的磷酸铁锂-富锂锰基双相前驱体粉末在非氧化性气氛保护条件下进行焙烧处理，得到有机碳源包覆的磷酸铁锂-富锂锰基双相电极材料；所述焙烧处理的具体过程为：先以1℃/min～30℃/min的升温速率升温至500℃～900℃，然后恒温焙烧1h～10h，再以1℃/min～30℃/min的降温速率冷却至室温；