一种磷酸铁锰锂复合电极材料的改性工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料的改性制备工艺。通过调控Mn与Fe的比例制备LiFexMnyPO4复合电极材料，并添加壳聚糖进行包覆，综合提高LiFexMnyPO4的导电及充放电性能。此方法工艺简单，流程短，制备的电极微粉的导电及充放电性能好。

Modification of an iron and manganese phosphate composite electrode material

The invention discloses a new preparation process of a new type of phosphate iron, manganese lithium composite electrode material. By controlling the ratio of Mn to Fe, LiFexMnyPO4 composite electrode materials were prepared, and chitosan was coated to improve the conductivity and charge discharge performance of LiFexMnyPO4. The process is simple, the process is short, the conductive and charge discharge performance of the prepared electrode is good.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锰锂复合电极材料的改性工艺
本专利技术涉及一种锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂壳聚糖的锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，属于电极材料领域。
技术介绍
锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作形成充放电的电池。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等，其中由于钴有毒且资源有限，制备成本较高。而镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能和高温性能差等因素，只能用于小型锂电正极材料。而以磷酸铁锂(LiFePO4)为代表的聚阴离子结构磷酸盐材料，与以上材料相比在成本、高温性能、安全性方面具有突出的优势，使其具有广阔的应用前景，可望成为中大容量、中高功率锂离子电池首选的正极材料，在锂离子电子领域受到了广泛关注。磷酸铁锂(LiFePO4)具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为Pnma。在锂原子所在的a-c平面中，包含有PO4四面体，晶体中PO4限制了Li+的移动空间，使得Li+的嵌、脱过程只局限在二维可移动空间，因此，LiFePO4的电子、离子导电率均比较低，尤其在大电流放电的条件下，会有较大的容量损失。相对于磷酸铁锂，磷酸锰锂材料具有更高的放电平台4.1V，并且LiMnPO4的能量密度也更高，所以可以结合二者的优势，合理调控Mn与Fe的比例，制备磷酸铁锰锂正极材料。目前，主要是通过掺杂、包覆与纳米化来提高正极材料的电导率。目前，磷酸铁锂(LiFePO4)主要通过控制晶粒生长，制备出粒径均一、细小的材料，从而强化材料的离子传导性能。合成LiFePO4—般是采用高温固相法。中国专利技术专利201010300220.8公开了一种磷酸亚铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，该方法将粉状铁源、锂源、磷源在螺杆机中挤压粉碎。用该法不能得到晶型规整的粉体材料，而且工艺复杂，需要长时间高温煅烧。
技术实现思路
本专利技术通过调控Mn与Fe的比例制备LiFexMnyPO4复合电极材料，并添加壳聚糖进行包覆，综合提高LiFexMnyPO4的导电及充放电性能。此方法工艺简单，流程短，制备的电极微粉的导电及充放电性能好。具体制备工艺包括如下步骤：⑴以磷酸二氢锂（分析纯）作为锂源，以草酸亚铁（分析纯）作为铁源，磷酸二氢铵（分析纯）作为磷酸源，及草酸锰（分析纯）、壳聚糖（分析纯）作为掺杂原料。首先按照LiFexMnyPO4（X+Y=1，其中X≥0.6）的原子比例配料原料，将配好的原料置于玛瑙研钵中，添加适量的乙醇进行湿法研磨，研磨一段时间，粉体会先变成粥状，并伴有醋酸味冒出，继续研磨，当粉体全部变成淡黄色的粉末停止研磨，自然晾干后得前驱体粉末；⑵将步骤⑴所得到的前驱体粉末，加入适量的壳聚糖和乙醇溶液，进行湿法研磨，研磨均匀后，自然晾干；⑶在惰性气体氛围保护下，将步骤(2)所得的晾干的混合物粉末进行热处理；⑷所得产物在惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑴中，X的取值范围优先为0.2-0.3之间，研磨中伴有醋酸味冒出时，优先继续研磨时间控制在0.6小时。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑵中，所述壳聚糖添加量为前驱体质量百分比的3%。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑶中，所述的热处理过程是：在氮气氛围条件下，先在300-400℃环境恒温加热6-10h，然后将温度升至500-600℃，恒温10-15h。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑷中，所述的惰性气体氛围是在氮气氛围下。实施例一：先取1份的磷酸二氢锂（分析纯）、0.8份的草酸亚铁（分析纯）、1份的磷酸二氢铵（分析纯）和0.2份的草酸锰（分析纯）倒入玛瑙罐中混合，在加入适量的乙醇溶液，使其浸没粉体，进行湿法研磨，研磨一段时间，黄色粉体变成粥状，并伴有醋酸味冒出，此时继续研磨0.6小时，反应物变成淡黄色的粉末，自然晾干得前驱体粉末。取5g前驱体粉末，并与0.15g壳聚糖（分析纯）混合均匀，在惰性气体氮气氛围保护于300℃的条件下，将所得的混合物粉末进行热处理6h，再将温度升高至500℃，恒温热处理10h，所得产物在氮气惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料。实施例二：先取1份的磷酸二氢锂（分析纯）、0.75份的草酸亚铁（分析纯）、1份的磷酸二氢铵（分析纯）和0.25份的草酸锰（分析纯）倒入玛瑙罐中混合，在加入适量的乙醇溶液，使其浸没粉体，进行湿法研磨，研磨一段时间，黄色粉体变成粥状，并伴有醋酸味冒出，此时继续研磨0.6小时，反应物变成淡黄色的粉末，自然晾干得前驱体粉末。取20g前驱体粉末，并与0.6g壳聚糖（分析纯）混合均匀，在惰性气体氮气氛围保护于350℃的条件下，将所得的混合物粉末进行热处理8h，再将温度升高至550℃，恒温热处理12h，所得产物在氮气惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种掺杂腐植酸的复合电极微粉材料。实施例三：先取1份的磷酸二氢锂（分析纯）、0.7份的草酸亚铁（分析纯）、1份的磷酸二氢铵（分析纯）和0.3份的草酸锰（分析纯）倒入玛瑙罐中混合，在加入适量的乙醇溶液，使其浸没粉体，进行湿法研磨，研磨一段时间，黄色粉体变成粥状，并伴有醋酸味冒出，此时继续研磨0.6小时，反应物变成淡黄色的粉末，自然晾干得前驱体粉末。取50g前驱体粉末，并与1.5g壳聚糖（分析纯）混合均匀，将混合物装入一端封口的石英玻璃管中，往内充满适量氮气，再用高温火焰熔融石英管开口另一端使其密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，将粉末在氮气的保护条件下进行高温加热至400℃，恒温10小时，然后升高温度至600℃，恒温15小时，所得产物在惰性气氛保护下自然冷却至室温，即得到一种掺杂腐植酸的复合电极微粉材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料的制备工艺，其特征在于该制备工艺按如下步骤进行：⑴以磷酸二氢锂（分析纯）作为锂源，以草酸亚铁（分析纯）作为铁源，磷酸二氢铵（分析纯）作为磷酸源，及草酸锰（分析纯）、壳聚糖（分析纯）作为掺杂原料，首先按照LiFexMnyPO4（X+Y=1，其中X≥0.6）的原子比例配料原料，将配好的原料置于玛瑙研钵中，添加适量的乙醇进行湿法研磨，研磨一段时间，粉体会先变成粥状，并伴有醋酸味冒出，继续研磨，当粉体全部变成淡黄色的粉末停止研磨，自然晾干后得前驱体粉末；⑵将步骤⑴所得到的前驱体粉末，加入适量的壳聚糖和乙醇溶液，进行湿法研磨，研磨均匀后，自然晾干；⑶在惰性气体氛围保护下，将步骤(2)所得的晾干的混合物粉末进行热处理；⑷所得产物在惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料的制备工艺，其特征在于该制备工艺按如下步骤进行：⑴以磷酸二氢锂（分析纯）作为锂源，以草酸亚铁（分析纯）作为铁源，磷酸二氢铵（分析纯）作为磷酸源，及草酸锰（分析纯）、壳聚糖（分析纯）作为掺杂原料，首先按照LiFexMnyPO4（X+Y=1，其中X≥0.6）的原子比例配料原料，将配好的原料置于玛瑙研钵中，添加适量的乙醇进行湿法研磨，研磨一段时间，粉体会先变成粥状，并伴有醋酸味冒出，继续研磨，当粉体全部变成淡黄色的粉末停止研磨，自然晾干后得前驱体粉末；⑵将步骤⑴所得到的前驱体粉末，加入适量的壳聚糖和乙醇溶液，进行湿法研磨，研磨均匀后，自然晾干；⑶在惰性气体氛围保护下，将步骤(2)所得的晾干的混合物粉末进行热处理；⑷所得产物在惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种新型磷酸铁锰锂复合电极材料。2.如权利要求1所述的一种新型磷酸铁锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫安琪，
申请(专利权)人：莫安琪，
类型：发明
国别省市：广西,45