一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体是一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

在信息技术日新月异以及环境保护日益受到重视的今天，化学电源的发展面临更大的挑战。锂离子电池因为具有能量密度高、输出电压高、使用寿命长、循环性能好、自放电率低、无记忆效应和环境友好性等优异特点而获得突飞猛进的发展，产量、产值不断提高，应用领域迅速扩大，在移动电话、笔记本电脑、摄像机等电子产品，电动汽车、电动自行车等交通工具，飞机、卫星、飞船等航空航天器，以及军舰、潜艇等军事装备中都得到了大量使用并具有广阔的发展前景。锂离子电池作为本世纪最主要的二次电源，已进入了人类社会的各个领域，发挥着重要的作用，成为电子、能源、材料领域研究与开发的热点，是最有发展前途的二次电池。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它不仅作为电极材料参与电化学反应，而且是锂离子的提供者。由于正极材料的密度远高于负极材料，因此正极材料比容量对电池比容量的影响更大，且正极材料约占锂离子电池成本的40％左右。因此，正极材料的性能和价格等是制约锂离子电池进一步向高能量、长寿命和低成本发展的瓶颈。

现有的锂离子电池正极材料在制备时操作复杂，易对环境无污染，同时原料价格较高，增加了锂离子电池成本，不适于工业化生产和市场推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法步骤如下：

1)锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的铁源、磷源、锂源和碳源，并使铁源、磷源、锂源和碳源按照0.8-1：1.5:1.1-1.3：1.2-1.4的摩尔比进行配料操作；

S2：对块状铁源进行粉碎后利用300-500目网筛进行过筛；

S3：对步骤S2中过筛后的铁源粉末进行干燥，干燥温度为80-120℃，干燥时间为20-40min；

S4：对块状磷源进行粉碎后利用400-500目网筛进行过筛；

S5：对步骤S5中过筛后的磷源粉末进行干燥，干燥温度为60-70℃，干燥时间为30-40min；

S6：对块状锂源进行粉碎后利用200-400目网筛进行过筛；

S7：对步骤S6中过筛后的锂源粉末进行干燥，干燥温度为80-90℃，干燥时间为45-60min；

S8：配置混合溶液；

(1)取一定量的蒸馏水；

(2)进一步将S3、S5和S7中干燥后的铁源、磷源、锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌，搅拌机设定转速为500-600r/min，搅拌时间为30-45min，并进一步加入碳源；

(3)进一步向混合溶液中加入分散剂，并进一步进行搅拌，搅拌机设定转速为200-300r/min，搅拌时间为20-30min；

S9：进一步向步骤S8中制得的混合溶液中加入PH调节剂，使混合溶液的PH值保持在3-5；

S10：进一步对步骤S9中调节PH值后的混合溶液进行加热处理，加热温度为300-400℃，加热时间为10-16h，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂正极材料；

2)锂离子电池锰酸锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的锰源和锂源，并使锰源和锂源按照0.8-1.2：1.5-1.8的摩尔比进行配料操作；

S2：对步骤S1中的锰源和锂源进行球磨，锰源和锂源研磨粉碎后利用400-500目网筛进行过筛；

S3：将步骤S2中过筛后的锰源和锂源粉末进行搅拌混合，搅拌混合时间为30-45min；

S4：进一步将步骤S3中混合后的锰源和锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌混合，搅拌速度为400-600r/min，搅拌时间为20-30min；

S5：进一步向步骤S4中的混合液中加入分散剂；

S6：对步骤S5中的混合液进行加热处理，加热温度为500-600℃，加热时间为12-20h，从而最终制得锂离子电池锰酸锂正极材料。

3)进一步将制得的锂离子电池磷酸铁锂正极材料和锂离子电池锰酸锂正极材料进行掺混，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为30-40min，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，操作简单，对环境无污染，同时原料价格较低，降低了锂离子电池的生产成本，有利于工业化生产和市场推广。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法步骤如下：

1)锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的铁源、磷源、锂源和碳源，并使铁源、磷源、锂源和碳源按照0.8-1：1.5:1.1-1.3：1.2-1.4的摩尔比进行配料操作；

S2：对块状铁源进行粉碎后利用300-500目网筛进行过筛；

S3：对步骤S2中过筛后的铁源粉末进行干燥，干燥温度为80-120℃，干燥时间为20-40min；

S4：对块状磷源进行粉碎后利用400-500目网筛进行过筛；

S5：对步骤S5中过筛后的磷源粉末进行干燥，干燥温度为60-70℃，干燥时间为30-40min；

S6：对块状锂源进行粉碎后利用200-400目网筛进行过筛；

S7：对步骤S6中过筛后的锂源粉末进行干燥，干燥温度为80-90℃，干燥时间为45-60min；

S8：配置混合溶液；

(1)取一定量的蒸馏水；

(2)进一步将S3、S5和S7中干燥后的铁源、磷源、锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌，搅拌机设定转速为500-600r/min，搅拌时间为30-45min，并进一步加入碳源；

(3)进一步向混合溶液中加入分散剂，并进一步进行搅拌，搅拌机设定转速为200-300r/min，搅拌时间为20-30min；

S9：进一步向步骤S8中制得的混合溶液中加入PH调节剂，使混合溶液的PH值保持在3-5；

S10：进一步对步骤S9中调节PH值后的混合溶液进行加热处理，加热温度为300-400℃，加热时间为10-16h，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂正极材料；

2)锂离子电池锰酸锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的锰源和锂源，并使锰源和锂源按照0.8-1.2：1.5-1.8的摩尔比进行配料操作；

S2：对步骤S1中的锰源和锂源进行球磨，锰源和锂源研磨粉碎后利用400-500目网筛进行过筛；

S3：将步骤S2中过筛后的锰源和锂源粉末进行搅拌混合，搅拌混合时间为30-45min；

S4：进一步将步骤S3中混合后的锰源和锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌混合，搅拌速度为400-600r/min，搅拌时间为20-30min；

S5：进一步向步骤S4中的混合液中加入分散剂；

S6：对步骤S5中的混合液进行加热处理，加热温度为500-600℃，加热时间为12-20h，从而最终制得锂离子电池锰酸锂正极材料。

3)进一步将制得的锂离子电池磷酸铁锂正极材料和锂离子电池锰酸锂正极材料进行掺混，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为30-40min，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料。

所述分散剂为羧甲基纤维素；

所述PH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、酒石酸中的一种。

所述铁源为硝酸铁，所述磷源为磷酸二氢铵，所述锂源为氢氧化锂，所述碳源为糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇中的一种，所述锰源为碳酸锰。

实施例一

一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法步骤如下：

1)锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的铁源、磷源、锂源和碳源，并使铁源、磷源、锂源和碳源按照0.8：1.5:1.1：1.2的摩尔比进行配料操作；

S2：对块状铁源进行粉碎后利用300目网筛进行过筛；

S3：对步骤S2中过筛后的铁源粉末进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为20min；

S4：对块状磷源进行粉碎后利用400目网筛进行过筛；

S5：对步骤S5中过筛后的磷源粉末进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为30min；

S6：对块状锂源进行粉碎后利用200目网筛进行过筛；

S7：对步骤S6中过筛后的锂源粉末进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为45min；

S8：配置混合溶液；

(1)取一定量的蒸馏水；

(2)进一步将S3、S5和S7中干燥后的铁源、磷源、锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌，搅拌机设定转速为500r/min，搅拌时间为30min，并进一步加入碳源；

(3)进一步向混合溶液中加入分散剂，并进一步进行搅拌，搅拌机设定转速为200r/min，搅拌时间为20min；

S9：进一步向步骤S8中制得的混合溶液中加入PH调节剂，使混合溶液的PH值保持在3；

S10：进一步对步骤S9中调节PH值后的混合溶液进行加热处理，加热温度为300℃，加热时间为10h，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂正极材料；

2)锂离子电池锰酸锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的锰源和锂源，并使锰源和锂源按照0.8：1.5的摩尔比进行配料操作；

S2：对步骤S1中的锰源和锂源进行球磨，锰源和锂源研磨粉碎后利用400目网筛进行过筛；

S3：将步骤S2中过筛后的锰源和锂源粉末进行搅拌混合，搅拌混合时间为30min；

S4：进一步将步骤S3中混合后的锰源和锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌混合，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为20min；

S5：进一步向步骤S4中的混合液中加入分散剂；

S6：对步骤S5中的混合液进行加热处理，加热温度为500℃，加热时间为12h，从而最终制得锂离子电池锰酸锂正极材料。

3)进一步将制得的锂离子电池磷酸铁锂正极材料和锂离子电池锰酸锂正极材料进行掺混，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为30min，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料。

所述分散剂为羧甲基纤维素；

所述PH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、酒石酸中的一种。

所述铁源为硝酸铁，所述磷源为磷酸二氢铵，所述锂源为氢氧化锂，所述碳源为糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇中的一种，所述锰源为碳酸锰。

实施例二

一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法步骤如下：

1)锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的铁源、磷源、锂源和碳源，并使铁源、磷源、锂源和碳源按照1：1.5:1.3：1.4的摩尔比进行配料操作；

S2：对块状铁源进行粉碎后利用500目网筛进行过筛；

S3：对步骤S2中过筛后的铁源粉末进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为20-40min；

S4：对块状磷源进行粉碎后利用500目网筛进行过筛；

S5：对步骤S5中过筛后的磷源粉末进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为40min；

S6：对块状锂源进行粉碎后利用400目网筛进行过筛；

S7：对步骤S6中过筛后的锂源粉末进行干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为60min；

S8：配置混合溶液；

(1)取一定量的蒸馏水；

(2)进一步将S3、S5和S7中干燥后的铁源、磷源、锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌，搅拌机设定转速为600r/min，搅拌时间为45min，并进一步加入碳源；

(3)进一步向混合溶液中加入分散剂，并进一步进行搅拌，搅拌机设定转速为300r/min，搅拌时间为30min；

S9：进一步向步骤S8中制得的混合溶液中加入PH调节剂，使混合溶液的PH值保持在5；

S10：进一步对步骤S9中调节PH值后的混合溶液进行加热处理，加热温度为400℃，加热时间为16h，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂正极材料；

2)锂离子电池锰酸锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的锰源和锂源，并使锰源和锂源按照1.2：1.8的摩尔比进行配料操作；

S2：对步骤S1中的锰源和锂源进行球磨，锰源和锂源研磨粉碎后利用500目网筛进行过筛；

S3：将步骤S2中过筛后的锰源和锂源粉末进行搅拌混合，搅拌混合时间为45min；

S4：进一步将步骤S3中混合后的锰源和锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌混合，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为30min；

S5：进一步向步骤S4中的混合液中加入分散剂；

S6：对步骤S5中的混合液进行加热处理，加热温度为600℃，加热时间为20h，从而最终制得锂离子电池锰酸锂正极材料。

3)进一步将制得的锂离子电池磷酸铁锂正极材料和锂离子电池锰酸锂正极材料进行掺混，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为40min，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料。

所述分散剂为羧甲基纤维素；

所述PH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、酒石酸中的一种。

所述铁源为硝酸铁，所述磷源为磷酸二氢铵，所述锂源为氢氧化锂，所述碳源为糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇中的一种，所述锰源为碳酸锰。

实施例三

一种锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料的制备方法，其制备方法步骤如下：

1)锂离子电池磷酸铁锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的铁源、磷源、锂源和碳源，并使铁源、磷源、锂源和碳源按照0.9：1.5:1.2：1.3的摩尔比进行配料操作；

S2：对块状铁源进行粉碎后利用400目网筛进行过筛；

S3：对步骤S2中过筛后的铁源粉末进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为30min；

S4：对块状磷源进行粉碎后利用450目网筛进行过筛；

S5：对步骤S5中过筛后的磷源粉末进行干燥，干燥温度为65℃，干燥时间为35min；

S6：对块状锂源进行粉碎后利用300目网筛进行过筛；

S7：对步骤S6中过筛后的锂源粉末进行干燥，干燥温度为85℃，干燥时间为55min；

S8：配置混合溶液；

(1)取一定量的蒸馏水；

(2)进一步将S3、S5和S7中干燥后的铁源、磷源、锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌，搅拌机设定转速为550r/min，搅拌时间为40min，并进一步加入碳源；

(3)进一步向混合溶液中加入分散剂，并进一步进行搅拌，搅拌机设定转速为250r/min，搅拌时间为25min；

S9：进一步向步骤S8中制得的混合溶液中加入PH调节剂，使混合溶液的PH值保持在4；

S10：进一步对步骤S9中调节PH值后的混合溶液进行加热处理，加热温度为350℃，加热时间为12h，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂正极材料；

2)锂离子电池锰酸锂正极材料制备，其制备方法步骤如下：

S1：称取一定量的锰源和锂源，并使锰源和锂源按照1：1.6的摩尔比进行配料操作；

S2：对步骤S1中的锰源和锂源进行球磨，锰源和锂源研磨粉碎后利用450目网筛进行过筛；

S3：将步骤S2中过筛后的锰源和锂源粉末进行搅拌混合，搅拌混合时间为40min；

S4：进一步将步骤S3中混合后的锰源和锂源粉末加入蒸馏水中进行搅拌混合，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为25min；

S5：进一步向步骤S4中的混合液中加入分散剂；

S6：对步骤S5中的混合液进行加热处理，加热温度为550℃，加热时间为15h，从而最终制得锂离子电池锰酸锂正极材料。

3)进一步将制得的锂离子电池磷酸铁锂正极材料和锂离子电池锰酸锂正极材料进行掺混，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为35min，从而最终制得锂离子电池磷酸铁锂掺锰酸锂正极材料。

所述分散剂为羧甲基纤维素；

所述PH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、酒石酸中的一种。

所述铁源为硝酸铁，所述磷源为磷酸二氢铵，所述锂源为氢氧化锂，所述碳源为糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇中的一种，所述锰源为碳酸锰。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。