一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，尤其涉及一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，汽車尾氣所帶來的環(huán)境污染和全球氣候變暖現(xiàn)象已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，為了根治汽車尾氣對(duì)環(huán)境污染和全球氣候變暖現(xiàn)象以及緩解石油資源日益減少帶來的能源危機(jī)，節(jié)能環(huán)保的電動(dòng)汽車的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化成為全世界關(guān)注的問題。然而，制約電動(dòng)汽車發(fā)展的最大瓶頸就是動(dòng)力電池的安全性和壽命。鋰離子電池以其高能量、高功率、長(zhǎng)壽命、安全性好、自放電小、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被人們公認(rèn)為電動(dòng)車的動(dòng)力電源。
[0003]鋰離子電池正極材料是電池的重要組成部分，目前研究的熱點(diǎn)主要集中在鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰等領(lǐng)域。然而鈷酸鋰價(jià)格昂貴且毒性較大，錳酸鋰熱穩(wěn)定性較差，磷酸鐵鋰倍率性能差，鎳鈷錳酸鋰的安全性較差，限制了這些材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。過渡金屬磷酸鹽化合物(LiFeP04、LiMnP04)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、毒性低、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是以后市場(chǎng)上正極材料的重要替代材料。由于LiFePO4的能量密度低，LiMnPO4的電化學(xué)性能較差，對(duì)于LiFexMnyPO4的研究便應(yīng)運(yùn)而生。與LiFePO4相比，由于Mn的引入，LiFexMnyPO4正極材料的充放電電位部分提升到4.1V，提高了其能量密度，相應(yīng)的提高電池的能量密度;與LiMnP04相比，LiFexMnyPO4正極材料表現(xiàn)出了優(yōu)良的電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供能量密度高和電化學(xué)性能差的一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料；
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供合成方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，粒度分布均勻，電化學(xué)性能優(yōu)良的一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料的制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料，其特征在于:所述的磷酸鐵猛鋰正極材料的化學(xué)式為L(zhǎng)iFexMnyP04，x+y=l。
[0006]—種球形磷酸鐵錳鋰正極材料的制備方法，其特征在于:制備過程包括以下步驟:
1)稱取鋰源、鐵源、錳源、磷源加入去離子中，超聲分散，得到溶液I，其中鋰源、鐵源、錳源、磷源的摩爾比為1.0?1.2:x:y: 1.0?1.5，x+y=l ；
2)將5wt%~15wt%的碳源化合物加入到溶液I中，攪拌均勻形成溶液Π;
3)向溶液Π中加入表面活性劑CTAB，攪拌0.5h得到溶液ΙΠ，其中CTAB和鋰源的摩爾比為0.05?0.2:1;
4)將EDTA加入到溶液ΙΠ中，攪拌0.5h得到溶液IV，其中EDTA與鋰源的摩爾比為0.2?1:1; 5)將溶液IV轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中，180°C下進(jìn)行水熱反應(yīng)6?1h得到溶液V ；
6 )溶液V冷卻后經(jīng)過濾、洗滌、干燥處理后得磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體；
7)將磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體粉末放入到管式煅燒爐中，在惰性氣體氛圍中，500?800°C下煅燒8?12h，冷卻后研磨得到碳包覆的球形磷酸鐵錳鋰正極材料。
[0007]此方法中，所述的鋰源為氫氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰中的一種或幾種。
[0008]此方法中，所述的鐵源為硫酸亞鐵、草酸亞鐵、氯化鐵、硝酸鐵的一種或幾種。
[0009]此方法中，所述的錳源為硫酸錳，碳酸錳、乙酸錳中的一種或幾種。
[0010]此方法中，所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或幾種。
[0011]此方法中，所述的碳源為葡萄糖、淀粉、蔗糖、抗壞血酸中的一種或幾種。
[0012]此方法中，所述的CTAB為模板劑十六烷基三甲基溴化銨。
[0013]此方法中，所述的EDTA為絡(luò)合劑乙二胺四乙酸。
[0014]此方法中，所述的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣的一種或幾種。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果在于:利用水熱法添加模板劑制得的磷酸鐵錳鋰成球形，粒度分布均勻;絡(luò)合劑EDTA的加入，能夠與鋰離子、錳離子、鐵離子以及磷酸根粒子更好的發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，便于形成均勻穩(wěn)定的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體;本發(fā)明制備的磷酸錳鐵鋰正極材料具有較高的能量密度和較好的電化學(xué)性能，同時(shí)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，過程易于控制，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的LiFe0.sMn0.5PO4的掃描電鏡圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的LiFeQ.5MnQ.5P04的0.2C充放電循環(huán)性能曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明如圖1、2所示，一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料，其特征在于:所述的磷酸鐵錳鋰正極材料的化學(xué)式為L(zhǎng)iFexMnyP04，x+y=l。
[0018]一種球形磷酸鐵錳鋰正極材料的制備方法，其特征在于:制備過程包括以下步驟:
1)稱取鋰源、鐵源、錳源、磷源加入去離子中，超聲分散，得到溶液I，其中鋰源、鐵源、錳源、磷源的摩爾比為1.0?1.2:x:y: 1.0?1.5，x+y=l ；
2)將5wt%~15wt%的碳源化合物加入到溶液I中，攪拌均勻形成溶液Π;
3)向溶液Π中加入表面活性劑CTAB，攪拌0.5h得到溶液ΙΠ，其中CTAB和鋰源的摩爾比為0.05?0.2:1;
4)將EDTA加入到溶液ΙΠ中，攪拌0.5h得到溶液IV，其中EDTA與鋰源的摩爾比為0.2?1:1;
5)將溶液IV轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中，180°C下進(jìn)行水熱反應(yīng)6?1h得到溶液V；
6)溶液V冷卻后經(jīng)過濾、洗滌、干燥處理后得磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體；
7)將磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體粉末放入到管式煅燒爐中，在惰性氣體氛圍中，500?800°C下煅燒8?12h，冷卻后研磨得到碳包覆的球形磷酸鐵錳鋰正極材料。
[0019]在本實(shí)施例中，所述的鋰源為氫氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰中的一種或幾種。在本實(shí)施例中，所述的鐵源為硫酸亞鐵、草酸亞鐵、氯化鐵、硝酸鐵的一種或幾種。在本實(shí)施例中，所述的錳源為硫酸錳，碳酸錳、乙酸錳中的一種或幾種。在本實(shí)施例中，所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或幾種。
[0020]在本實(shí)施例中，所述的碳源為葡萄糖、淀粉、蔗糖、抗壞血酸中的一種或幾種。在本實(shí)施例中，所述的CTAB為模板劑十六烷基三甲基溴化銨。在本實(shí)施例中，所述的EDTA為絡(luò)合劑乙二胺四乙酸。在本實(shí)施例中，所述的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣的一種或幾種。
[0021]實(shí)施例1
首先稱取摩爾比為1.0?1.2:0.5:0.5:1.0?1.5的氫氧化鋰、硫酸亞鐵、乙酸錳、磷酸加入去離子中，超聲分散，然后加入按金屬鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 wt%的葡萄糖，超聲分散后攪拌一段時(shí)間至完全溶解，隨后加入一定量(11((^48):11(1^0!0=0.05:1)的表面活性劑0^8，攪拌0.5h至CTAB完全溶解，再次加入一定量(n(EDTA):n(