[發(fā)明專利]碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710568748.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107482182B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常鳳真;芮益民
• 申請（專利權(quán)）人: 紅寶麗集團南京鋰泰能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 王玉梅

1.一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，電極材料的化學(xué)式為LiM_xN_yMn_1-x-yPO₄，其中M為M³⁺/M²⁺氧化還原電位低于Mn³⁺/Mn²⁺的金屬；N為N³⁺/N²⁺氧化還原電位高于Mn³⁺/Mn²⁺的金屬；其中0.05≤x≤0.25，0.01≤y≤0.10；電極材料表面部分或全部為碳包覆層；

該電極材料采用如下步驟制備：

(1)將鋰源、錳源、磷源、M源、N源、碳源和分散劑混合均勻，得到電極材料漿料；

(2)將得到的漿料進行干燥處理，得到電極材料粉末；

(3)將得到的電極材料粉末在惰性氣氛保護下進行燒結(jié)，得到碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料粉末；

步驟(3)中所述的燒結(jié)處理，是指將電極材料粉末以1-10℃/min的速率升溫至300-500℃，恒溫5-8小時，然后以1-10℃/min的速率升溫至600-800℃，恒溫8-20小時；

碳包覆層為無定型碳或石墨化碳，碳包覆層為電極材料總重量的8-20％。

2.如權(quán)利要求1所述的一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，M為Fe、Ti、Cr或V中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求1所述的一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，N為Ni或Co的一種或兩種。

4.如權(quán)利要求1所述的一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，

所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、硝酸鋰、草酸鋰或碳酸氫鋰中的一種或幾種；

所述錳源選自碳酸錳、硫酸錳、乙酸錳、氯化錳、草酸錳、硝酸錳或檸檬酸錳中的一種或幾種；

所述磷源選自磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨和磷酸二氫鋰中的一種或幾種；

所述M源選自鐵金屬化合物，鈦金屬化合物，鉻金屬化合物或釩金屬化合物中的一種或幾種；鐵金屬化合物選自硫酸鐵、磷酸鐵、草酸亞鐵、醋酸亞鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵中的一種或幾種；鈦金屬化合物選自硫酸氧鈦、鈦酸四丁酯、四氯化鈦中的一種或幾種；鉻金屬化合物選自鉻酸銨、鉻酸鈉、鉻酸鉀、硝酸鉻中的一種或幾種；釩金屬化合物選自偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀、正釩酸鈉、焦釩酸鈉中的一種或幾種；

所述N源選自鈷金屬化合物或鎳金屬化合物中的一種或兩種；鈷金屬化合物選自硫酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、氫氧化鈷中的一種或幾種；鎳金屬化合物選自硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳、氯化鎳、氫氧化鎳中的一種或幾種；

所述碳源為天然石墨、人造石墨、硬碳、有機熱解碳和碳納米導(dǎo)電材料中一種或多種；其中有機熱解碳為以聚乙烯醇、丁苯橡膠乳、羧甲基纖維素、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、纖維素、淀粉或糊精為前驅(qū)體，經(jīng)高溫碳化所形成的熱解炭；碳納米導(dǎo)電材料為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、石墨烯、納米碳纖維或納米碳微球；

所述分散劑選自去離子水、甲醇、無水乙醇、乙二醇、異丙醇、苯甲醇和丙酮中的一種或幾種。

5.如權(quán)利要求1所述的一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，在步驟(1)中，控制鋰源、錳源、M源、N源、磷源的加入量，使得到的電極材料漿料中鋰元素、錳元素、M元素、N元素和磷元素的摩爾比為1:(0.75-0.95):(0.05-0.25):(0.01-0.1):1；分散劑的加入量為電極材料漿料質(zhì)量的50-80％；控制碳源的加入，使得到的碳包覆層的量為電極材料總重量的2-20％。

6.如權(quán)利要求1所述的一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料，其特征在于，步驟(2)中所述的干燥處理為壓力式噴霧干燥、離心式噴霧干燥、氣流式噴霧干燥和真空干燥中的一種。