一种锰铁铜磷酸三元锂材料及其制备方法

技术特征：
1.一种锂离子电池正极用锰铁铜磷酸三元锂材料及其制备方法及其制备方法，通过引入铜降低锰含量并维持较高电位平台，其特征在于：(1)该新型三元材料含有铁、锰、铜三种过渡金属元素，晶体结构为橄榄石结构，具有如下分子式为li[mn
a
fe
b
cu
c
](po4)，其中a b c＝1，0.1≤a≤0.67，0≤b≤0.80，0≤c≤0.33，优选0.12≤a≤0.5，0.3≤b≤0.5，0.10≤c≤0.25。(2)铜离子和铁离子形成变价离子对，稳定材料晶体结构，在铁锰离子对协同作用下，铜离子体现出较高的电化学活性， 3价铜离子部分代替锰离子维持材料高电位平台大幅提升可逆比容量。(3)该材料用于锂电正极材料时制备过程中引入碳源形成碳包覆复合材料，含碳量为0％～20％wt，优选5％～10％wt。2.根据权利要求1所述的锰铁铜磷酸三元锂材料，其特征在于，所述材料颗粒为数纳米至数十微米，为颗粒状、片状、棒状或三维多孔状。3.根据权利要求1所述的锰铁铜磷酸三元锂材料，其特征在于，所述的正极材料在10mpa压力下的粉末电阻率为10ω
·
cm至20000ω
·
cm，优选20ω
·
cm至2000ω
·
cm。4.根据权利要求1-3所述的锰铁铜磷酸三元锂材料的制备方法，其特征在于，所述方法为固相合成法，包括以下内容：a.将所需化学计量比100％～110％的锂源，所需化学计量比的铁源、锰源、铜源和碳源，球磨1～12小时后，在500℃～800℃下焙烧2～12h；b.锂源、铁源、锰源、铜源至少一种含磷元素。5.根据权利要求1-3所述的锰铁铜磷酸三元锂材料的合成方法，其特征在于，所述方法为水热法，包括以下内容：a.将所需化学计量比的铁源、锰源、铜源溶于水，其中一种为含磷元素，b.研磨混合，加入碳源后进行水热反应c.将所得浆料烘干，惰性气体保护500℃～1000℃下烧结2～12h。6.根据权利要求1-3所述的锰铁铜磷酸三元锂材料的合成方法，其特征在于，所述方法为喷雾干燥法，包括以下内容：a.将所需化学计量比的铁源、锰源、铜源溶于水或乙醇，其中一种含磷元素；b.搅拌均匀后喷雾干燥后得到前驱体粉末；c.将前驱体粉末加入碳源后在惰性气体保护下500℃～1000℃下烧结2～12h。7.根据权利要求1-6所述的离子电池正极用锰铁铜磷酸三元锂材料及其制备方法，其特征在于，所述碳源包括无机碳、有机碳或其他组合的碳源；所述的无机碳包括，石墨、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、碳纤维、炭黑的一种或组合，有机碳包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素、柠檬酸、多元醇、抗坏血酸、聚苯胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯及其衍生物中的一种或组合。8.根据权利要求1-6所述的离子电池正极用锰铁铜磷酸三元锂材料及其制备方法，其特征在于，所述铁源、锰源、铜源包括含上述元素的磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、碳酸盐、甲酸盐、硫酸盐、乙酸盐、氧化物、柠檬酸盐、草酸盐、甲酸盐、氯化物的一种或组合；磷元素来自磷酸盐、磷酸二氢盐、磷酸的一种或组合。9.一种电极极片，其特征在于，所述极片含有集流体、导电添加剂和权利要求1-3所述
的锰铁铜磷酸三元锂材料。10.包括上述权利要求9所述电极极片的储能器件，所述器件类型包括锂离子二次电池、锂离子电容器、锂空气电池、锂硫电池及其衍生储能器件。

技术总结
本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种锂离子电池正极用磷酸锰铁铜锂三元材料及其制备方法。磷酸锰铁铜锂三元材料含有铁、锰、铜三种过渡金属元素，晶体结构为橄榄石结构。其中，部分铜原子占据锰、铁原子位置，在铁锰离子对协同作用下，铜体现出较高的电化学活性， 3价铜离子部分代替锰离子维持材料高电位平台，从而最终实现降低锰用量并维持材料高电压平台和高比容量。这种磷酸三元锂材料无需大幅改变磷酸铁锂制备工艺，或进行多次掺杂改性，步骤简单高效，成本低，对于工艺技术要求较低，且使用铜、铁等原材料可大幅降低成本，利于实现产业化制备。业化制备。业化制备。


技术研发人员：黄富强 梁松
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2022/12/1