一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法技术

技术编号：40606770 阅读：20 留言：0更新日期：2024-03-12 22:13

本发明专利技术公开了一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，所述正极材料化学通式为LiMn<subgt;x</subgt;Fe<subgt;y</subgt;Ti<subgt;(1‑x‑y)</subgt;PO<subgt;4</subgt;(0.5≤x<1,0<y≤0.5)。本发明专利技术通过在惰性气氛条件下，将锂源、磷源、锰盐、铁盐以及钛盐分别溶解到溶液中并形成混合物；再采用高压水热反应釜将上述混合物通过水热法反应成钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂浆料；进一步的，通过高温固相烧结对上述前驱体进行碳包覆处理，从而得到钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料。本发明专利技术所提供的钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池正极材料制备，具体涉及一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

1、随着太阳能、风能、潮汐能等可再生能源技术的快速发展，有效的能源储存已成为近年来人们关注的主要问题之一。相较于其他类型的电池，锂离子电池因其体积小，比能量高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长等一系列优点成为了储能领域的主力军。在锂离子电池商业化的过程中，负极材料一直都是碳基材料，而正极材料则有不同类型的发展，是推动锂离子电池性能提升的关键性材料。其中橄榄石结构的磷酸锰铁锂(limn1-xfexpo4(0<x<1)，lmfp)正极材料具有价格低廉、原料丰富、安全环保和热稳定性好等特点。相比于传统的磷酸铁锂(lfp)正极材料，具有更高的放电平台(4.1v)和能量密度(701wh·kg-1)，比磷酸铁锂电池高约20％，被认为是下一代最具前途的高能量，高功率密度的锂离子电池正极材料。但其仍然存在橄榄石型结构材料固有的低电子导电性和低锂离子迁移速率，当mn含量过高时，mn3+引发的jahn-teller效应，会使晶格发生畸变，在充放电过程中产生较大的体积变化，使材料的循环稳定性降低。所以如何提高lmfp的电化学性能，使其能在实际应用中得到更好的发展也是目前亟待解决的一大难题。

2、目前对于提升lmfp的电化学性能主要集中在三个方面：(1)包覆均匀的导电层，增强材料表面的电子传递；(2)制备纳米尺寸的材料，增大材料的比表面积，缩短锂离子和电子的传输距离；(3)离子掺杂，改善材料内部的离子传输。如专利cn20

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本专利技术引入钛离子，通过水热法制备了一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料。通过钛离子掺杂改善了高锰体系下磷酸锰铁锂材料因jahn-teller效应而引起的晶格畸变，提升了材料的循环性能和倍率性能。

2、为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：

3、(1)在室温下，将锂源和磷源以一定量的比例加入到水溶液中，室温搅拌10～20分钟，得到磷酸锂溶液。

4、(2)在室温下，将锰(mn)盐、铁(fe)盐和钛(ti)盐按照一定比例溶解到水溶液中，室温搅拌10～20分钟，得到金属盐溶液。

5、(3)将步骤(1)和(2)中得到得两种溶液混合，将ph值调节至5～7后将其转移到一定容量的高压水热釜中，升温至160～220℃并在搅拌条件下反应5～10小时，降至室温后得到钛掺杂改性的纳米磷酸锰铁锂浆料。

6、(4)将步骤(3)中的得到的掺杂磷酸锰铁锂浆料进行固液分离，干燥后将得到的固体与碳源按一定比例混合，并在惰性气氛条件下烧结，降至室温后，得到钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料，结构式为limnxfeyti(1-x-y)po4(0.5≤x<1,0<y≤0.5)。

7、进一步的，步骤(1)中的锂源为碳酸锂(li2co3)、碳酸氢锂(lihco3)、氢氧化锂(lioh)、草酸锂(li2c2o4)、氯化锂(licl)、硫酸锂(li2so4)和磷酸锂(li3po4)及其水合物中的一种；磷源可以是磷酸(h3po4)、磷酸二氢铵(nh4 h2po4)磷酸锂(li3po4)、磷酸二氢锂(lih2po4)或磷酸一氢锂(li2hpo4)溶液中的一种。

8、进一步的，步骤(2)中的锰盐可以是氯化锰(mncl2)、硝酸锰(mn(no3)2)、硫酸锰(mnso4)和草酸锰(mnc2o4)及其水合物中的一种；铁盐可以是氯化亚铁(fecl2)、硝酸亚铁(fe(no3)2)硫酸亚铁(feso4)和草酸亚铁(fec2o4)及其水合物中的一种；钛盐可以是四氯化钛(ticl4)、二氯化钛(ticl2)、和硫酸钛(ti(so4)2)及其水合物中的一种。

9、进一步的，步骤(3)混合溶液中的磷酸根浓度为0.2～0.6mol/l，总物料摩尔比li：(mn+fe+ti)：p＝3：1：1；总固含量占比为10％～30％；水热釜体积填充量在40％～80％。

10、进一步的，步骤(3)中调节ph值所用试剂为氢氧化锂(lioh)、氢氧化钠(naoh)、磷酸(h3po4)、硫酸(h2so4)、盐酸(hcl)和硝酸(hno3)中的一种。

11、进一步的，步骤(5)中烧结温度为550～750℃，保温6～12小时，升温速率2～6℃/mins。

12、为了提高高锰体系下磷酸锰铁锂正极材料的电化学性能，本专利技术通过简单的水热法合成了钛掺杂改性的纳米磷酸锰铁锂正极材料，由于ti4+的离子半径介于li+与mn2+/fe2+之间，掺杂于其中时会引起材料内部应力的变化，使得在单个颗内形成较多的晶界，从而提高材料的电子导电率和锂离子迁移速率，同时也能有效的抑制高锰体系中磷酸锰铁锂因jahn-teller效应所导致的容量衰减，提高材料的循环性能和倍率性能。

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【技术保护点】

1.一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

【技术特征摘要】

1.一种钛掺杂改性纳米磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庶，邓钦文，吴孟强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人