[發明專利]一種稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711137428.0
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107919468B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 羅紹華;李俊哲;閆繩學;劉歡;劉穎穎;于順志;祁鴻飛;王慶;王志遠;張亞輝;劉延國;郝愛民
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料由磷酸錳鋰和位于所述磷酸錳鋰內部的碳層構成，其中，所述磷酸錳鋰中的鋰、錳位被稀土元素共摻雜；

所述稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料采用以下方法進行制備，所述制備的方法包括以下步驟：

(1)將LiOH·H₂O溶液和稀土M的鹽溶液配制成混合溶液，攪拌并加熱，加入H₃PO₄溶液，靜置，固液分離取固體得到鋰位摻雜磷酸鋰，在球磨介質和碳源存在的條件下球磨，之后在惰性氣體下煅燒，得到碳層包覆的鋰位摻雜磷酸鋰；

(2)將步驟(1)制備的碳層包覆的鋰位摻雜磷酸鋰與錳源和稀土N的化合物溶于醇和水形成的混合溶劑中形成混合溶液，攪拌，并將所述混合溶液轉移至反應釜中加熱進行反應，冷卻后固液分離得到所述稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，碳層位于稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰的內部。

2.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料為雙碳層結構，第一碳層為位于所述磷酸錳鋰內部的碳層，第二碳層為包覆于所述復合正極材料表面的碳層。

3.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的通式為Li_1-3xM_xMn_1-yN_yPO₄/C，其中，M和N均為稀土元素，x＝0.001～0.05，y＝0.001～0.05。

4.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料中，M為La、Nd、Er、Y、Gd、Sm、Pr、Ce、Eu、Lu、Yb、Tm、Ho或Dy中的任意一種或至少兩種的組合。

5.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料中，N為La、Nd、Er、Y、Gd、Sm、Pr、Ce、Eu、Lu、Yb、Tm、Ho或Dy中的任意一種或至少兩種的組合。

6.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的比表面積為40m²/g～80m²/g。

7.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的粒徑為30nm～60nm。

8.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的電導率為5×10^-13cm²/s～5×10^-11cm²/s。

9.根據權利要求1所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的晶胞尺寸為

10.根據權利要求2所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的第一碳層的厚度為2nm～3nm。

11.根據權利要求2所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，以所述復合正極材料的總質量為100％計，第一碳層的質量分數為2wt％～3wt％。

12.根據權利要求2所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，所述復合正極材料的第二碳層的厚度為2nm～4nm。

13.根據權利要求2所述的稀土元素共摻雜的磷酸錳鋰/碳復合正極材料，其特征在于，以所述復合正極材料的總質量為100％計，第二碳層的質量分數為4wt％～8wt％。