一種磷酸錳鐵鋰材料的製備方法與流程

2023-12-03 08:25:41

本發明屬於新型化學儲能領域，特別涉及一種磷酸錳鐵鋰材料的製備方法。

背景技術：

磷酸鐵鋰是一種廣泛使用的動力電池正極材料，因為其安全性好和循環壽命長而得到電動汽車市場的青睞，但是其工作電壓低，Fe3+/Fe2+相對於Li+/Li的電位僅為3.4V，使得磷酸鐵鋰材料的比能量低，從一定程度上限制了其發展。

磷酸錳鋰具有磷酸鐵鋰材料類似的結構，但是其工作電壓較高，Fe3+/Fe2+相對於Li+/Li的電位為4.1V，使得磷酸錳鋰材料的比能量較高，但是磷酸錳鋰的導電性極差，限制了其發展應用。

磷酸錳鐵鋰綜合了上述兩種材料的優點，既具有4V級容量，又具有良好的導電性。由於磷酸錳鐵鋰材料的高比能量及其他優勢，正成為新一代動力電池的潛在應用材料。

本發明公開了一種磷酸錳鐵鋰材料的製備方法，能夠製備和電性能好的磷酸錳鐵鋰材料。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種磷酸錳鐵鋰材料的製備方法，首先合成磷酸錳鐵，然後與磷酸二氫鋰和碳酸鋰的混合物反應。加含碳有機物混合研磨後噴霧乾燥，乾燥後粉末在氮氣等氣氛下燒結，得到磷酸錳鐵鋰材料。

本發明實現目的的技術方案是：

一種磷酸錳鐵鋰材料製備方法，其製備步驟是：

(1)把分析純的磷酸亞錳、磷酸亞鐵、磷酸二氫鋰和碳酸鋰按摩爾比(0.8～0.9)∶(0.2～0.1)∶1∶1的比例加入水熱反應釜中，加入去離子水溶解；

(2)將反應釜加熱到180℃保持12小時，然後降溫至室溫，取出全部物料，105℃鼓風乾燥成為塊狀；

(3)在塊狀物中加入5％含碳有機物和適量無水乙醇，混合砂磨至100～300nm，取出，然後噴霧乾燥，成為2～10μm左右顆粒。

(4)將顆粒在氮氣等惰性氣氛下燒結，以5℃/min的速度升溫到700℃～800℃，保持5小時，自然降溫至室溫，取出，得到磷酸錳鐵鋰。

所述的含碳有機物是葡萄糖、PVA中的一種或兩種的混合物。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護範圍。

實施例1

(1)把165.17g Mn3(PO4)2·3H2O(天津福晨化學試劑廠，純度99％)、50.67g Fe3(PO4)2·8H2O(天津盛奧化學試劑廠，純度99％)、52.49g LiH2PO4、37.32g Li2CO3(上海中鋰實業有限公司，純度99％)加入水熱反應釜中，加入1000g去離子水溶解；

(2)將反應釜加熱到180℃保持12小時，然後降溫至室溫，取出全部物料，105℃鼓風乾燥成為塊狀；

(3)在塊狀物中加入12g無水葡萄糖和200ml無水乙醇，混合砂磨至100～300nm，取出，然後噴霧乾燥，成為2～10μm左右顆粒。

(4)將顆粒在高純氮氣下燒結，以5℃/min的速度升溫到700℃～800℃，保持5小時，自然降溫至室溫，取出，得到磷酸錳鐵鋰。

測試製備的磷酸錳鐵鋰材料，以金屬鋰為負極，該材料在0.1C放電倍率下，克容量為158mAh/g。

實施例2

(1)把185.82g Mn3(PO4)2·3H2O(天津福晨化學試劑廠，純度99％)、25.35g Fe3(PO4)2·8H2O(天津盛奧化學試劑廠，純度99％)、52.49g LiH2PO4、37.32g Li2CO3(上海中鋰實業有限公司，純度99％)加入水熱反應釜中，加入1100g去離子水溶解；

(2)將反應釜加熱到180℃保持12小時，然後降溫至室溫，取出全部物料，105℃鼓風乾燥成為塊狀；

(3)在塊狀物中加入6g PVA和200ml無水乙醇，混合砂磨至100～300nm，取出，然後噴霧乾燥，成為2～10μm左右顆粒。

(4)將顆粒在高純氮氣下燒結，以5℃/min的速度升溫到700℃～800℃，保持5小時，自然降溫至室溫，取出，得到磷酸錳鐵鋰。

測試製備的磷酸錳鐵鋰材料，以金屬鋰為負極，該材料在0.1C放電倍率下，克容量為160mAh/g。