一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料及其制备方法与流程

本发明涉及电池正极材料，具体涉及一种钌掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、磷酸锰铁锂是一种新型的锂离子电池正极材料，具有高安全性、长循环寿命、高电压和耐受高温等优点。随着技术的发展，磷酸锰铁锂逐渐成为一种重要的正极材料，被广泛应用于手机、电动汽车、储能等领域。然而，随着技术的不断发展，磷酸锰铁锂也存在一些问题，比如磷酸锰铁锂正极材料的锂消耗量大，导电性能不够高，制备的锂离子电池放电容量低，循环保持率差等。为了解决这些问题，我们提出了一种新型的磷酸锰铁锂正极材料，在制备磷酸锰铁锂材料中引入含有f轨道电子的ru金属元素掺杂，通过f轨道和d轨道杂化作用，来提高磷酸锰铁锂的性能，适用于各种铁锂电池应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中磷酸锰铁锂正极材料的锂消耗量大，成本高，不便于规模化生产，以及电化学活性不稳定，放电容量小，循环寿命短等问题。

2、在本发明的第一方面，本发明提出了一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料，制备的原料包括钌源。

3、进一步的，所述钌源为三氯化钌。

4、进一步的，制备的原料还包括锂源、锰源、铁源、磷源和碳源。

5、进一步的，所述锂源为碳酸锂、锰源为二氧化锰、铁源为草酸亚铁晶体、磷源为磷酸、碳源为蔗糖。

6、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的锰源与铁源的摩尔比为mn：fe＝x：(1-x)，其中0.5≤x≤0.65。

7、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的锰源、铁源与磷源的摩尔比为(mn+fe)：p＝1：1。

8、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的锂源、锰源、铁源与磷源的摩尔比为li：(mn+fe)：p＝1.02：1：1。

9、在一些实施例中，锰源与铁源的摩尔比为0.5：0.5和0.65：0.35。

10、在一些实施例中，锰源、铁源与磷源的摩尔比为0.5：0.5：1和0.65：0.35：1。

11、在一些实施例中，锂源、锰源、铁源与磷源的摩尔比为1.02：0.5：0.5：1和1.02：0.65：0.35：1。

12、进一步的，所述的一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的锂源、锰源、铁源、磷源与钌源的摩尔比为(li+mn+fe+p)：ru＝5000:4-8。

13、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的磷酸的浓度为70～85％。

14、在本发明的第二方面，本发明提出了一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：

15、(1)将锂源、锰源、铁源、磷源溶于去离子水中，搅拌后砂磨，过滤，得到混合浆料；

16、(2)将蔗糖、钌源加入上述混合浆料中，研磨后得到均匀浆料；

17、(3)喷雾干燥上述均匀浆料，得到干粉粉末；

18、(4)在氮气中热处理步骤(3)得到的干粉末，并进行气流粉碎，得到所述磷酸锰铁锂。

19、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(1)中搅拌的速度为300～500rpm，搅拌的时间为4～6h。

20、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(1)中砂磨的时间为0.5～5h。

21、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(2)中砂磨的时间为0.1～3h。

22、进一步，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(1)和步骤(2)的砂磨时间之和，应在2-5.5小时之间。

23、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(3)中干燥的温度为180-300℃；

24、进一步的，所述一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法步骤(4)中热处理温度为700～750℃，热处理的时间为1～6h。

25、本发明提出的一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法，具有以下有益效果：

26、1、本方法合成工艺简单，锂消耗量少，li：(mn+fe)的摩尔比接近1:1，常规水热法li与m的摩尔比为3:1，本发明成本低，便于规模化；

27、2、在制备磷酸锰铁锂的过程中，添加三氯化钌，引入含有f轨道电子的ru金属元素掺杂，通过f轨道和d轨道之间的杂化作用来与锂离子和铁离子形成化学键，不易出现锂离子在正极的电化学活性降低的问题，稳定性良好；

28、3、本方法易通过调整三氯化钌的质量和比例来调节掺杂效果，从而控制磷酸锰铁锂材料的电化学性能；

29、4、通过本方法合成出的磷酸锰铁锂性能优异，由该磷酸锰铁锂制备的电池0.1c放电容量可达151mah/g以上，10c放电容量可达109mah/g以上，循环寿命可达1290圈以上。

技术特征：

1.一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，制备的原料包括钌源。

2.根据权利要求1所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述钌源为三氯化钌。

3.根据权利要求1或2所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，制备的原料还包括锂源、锰源、铁源、磷源和碳源。

4.根据权利要求1-3任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、锰源为二氧化锰、铁源为草酸亚铁晶体、磷源为磷酸、碳源为蔗糖。

5.根据权利要求1-4任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述锰源与铁源的摩尔比为mn：fe＝x：(1-x)，其中0.5≤x≤0.65。

6.根据权利要求1-5任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述锰源、铁源与磷源的的摩尔比为(mn+fe)：p＝1：1。

7.根据权利要求1-6任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述锂源、锰源、铁源与磷源的摩尔比为li：(mn+fe)：p＝1.02：1：:1。

8.根据权利要求1-7任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述锂源、锰源、铁源、磷源与钌源的摩尔比为(li+mn+fe+p)：ru＝5000:4-8。

9.一种根据权利要求1-8任一所述的钌掺杂磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将锂源、锰源、铁源、磷源溶于去离子水中，搅拌后砂磨，过滤，得到混合浆料；(2)将碳源和钌源加入上述混合浆料中，研磨后得到均匀浆料；(3)喷雾干燥上述均匀浆料，形成干粉粉末；(4)在氮气中热处理该干粉末，并进行破碎，得到所述磷酸锰铁锂。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述搅拌的速度为300～500rpm；

技术总结
本发明公开了一种钌掺杂磷酸锰铁锂材料及其制备方法，属于新能源科技技术领域。通过在制备磷酸锰铁锂材料中引入含有f轨道电子的Ru金属元素掺杂，通过f轨道和d轨道杂化作用，有利于提高稳定性、电子导电性和倍率性能，增强结构的稳定性，延长循环寿命，降低成本。

技术研发人员：林芝青,前田英明,石祖丽,王东艳,王茹
受保护的技术使用者：江苏珩创纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15