(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111462523.4 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 南昌大学 地址 330000 江西省南昌市红谷滩新区学 府大道999号 (72)发明人 谭龙　幸振　汤昊　钟波　何光浩　 熊文俊　孙润光　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 代理人 王焕巧 (51)Int.Cl. H01M 4/62(2006.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种磷酸铁锰锂正极材 料的改性方法 (57)摘要 本发明属于锂离子电池技术领域， 具体为一 种磷酸铁 锰锂正极材料的改性方法。 本发明的制 备方法是： 将表面包覆有碳导电网络碳层的磷酸 铁锰锂正极材料与改性添加剂溶液在室温下搅 拌混合均匀， 干燥后置于惰性气氛下高温煅烧使 异原子进入外表面碳层实现原子级掺杂， 导电网 络碳层的内部以及靠近磷酸铁锰锂正极材料的 内表面不含异原子。 本发明所公开的改性方法有 效改善了磷酸铁锰锂正极材料的电化学性能， 所 制备的高能量密度磷酸铁锰锂正极材料适用于 动力锂离 子电池。 权利要求书1页 说明书4页 CN 114204030 A 2022.03.18 CN 114204030 A 1.一种磷酸铁锰锂正极材 料的改性方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 将表面包覆有碳导电网络碳层的磷酸铁锰锂正极材料与改性添加剂溶液在室 温下搅拌混合均匀， 然后进行干燥得到前驱体材 料； 步骤2， 将步骤1制备的前驱体材料在惰性气氛下、 300℃～600℃温度下锻烧0.5h～10h 后， 改性添加剂中的异原子进入导电网络碳层外表面的第1至第3层碳原子中实现原子级掺 杂， 并最终得到改性后的磷酸铁锰锂正极材 料。 2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 其特征在于， 步骤1所 述的碳导电网络由软碳层、 硬碳层、 石墨化碳层以及石墨烯片层中的至少一种与碳纳米管 组成， 厚度为2nm ‑10nm。 3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 其特征在于， 步骤1所 述磷酸铁锰锂具有化学通式L iMnxFe(1‑x)PO4， 其中0＜x＜1。 4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 其特征在于， 步骤1所 述的改性添加剂为碳酸氨、 碳酸氢氨、 硝酸铵、 氟化铵、 硫脲、 氨基酸、 尿素、 三聚氰胺、 多巴 胺以及硼酸中的至少一种， 所述改性添加剂溶液中的溶剂为水、 甲醇、 乙醇以及其它醇类试 剂中的至少一种。 5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 其特征在于， 步骤1所 述的改性添加剂质量为表面包覆有碳导电网络碳层的磷酸铁锰锂正极材料质量的0.5％ ‑ 10％。 6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 其特征在于， 步骤2所 述的异原子为氟(F)、 氮(N)、 硫(S)以及硼中的至少一种。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114204030 A 2一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方 法 技术领域 [0001]本发明属于锂离子电池电极材料技术领域， 具体是涉及 一种磷酸铁锰锂正极材料 的改性方法。 背景技术 [0002]正极材料作为锂离子电池的核心之一， 直接影响了其性能、 成本、 寿命以及安全性 等。 在诸多商业化正极材料中， 磷酸铁锂具有较低的成本和良好的安全性能， 被广泛应用于 生活中的各个领域。 目前， 磷酸铁锂正极材料的产业化生产工艺已经非常成熟， 所制备的正 极材料在较小电流密度的充放电过程中可获得接近理论值的(170mAh/g)比容量， 很难从提 高其比容量方面去增加相关电池的能量密度。 将磷酸铁锂中的铁元素用锰元素替代后形成 的磷酸锰锂材料却可表现出更高的工作电压(～4.1V)， 但是其较差的电导率限制了其发 展。 因此， 制备 具有两种正极材 料优势的磷酸铁锰锂材 料成为近年 来的研究热点之一。 [0003]类似与磷酸铁锂材料， 所合成磷酸铁锰锂材料的导电性和离子迁移能力对其电化 学性能至关重要。 例如， CN107834034A公开了一种石墨烯包覆磷酸铁锰锂正极材料的合成 方法， 通过引入石墨烯有效提升了正极材料的导电性； CN 106848309A公开了一种引入 金属/ 碳纳米管复合物来同时改善磷酸铁锰锂正极材料导电性和离子迁移能力。 但是， 金属的存 在增加了相关锂离子电池短路的风险。 与之相比， 对活性材料表面包覆层碳材料 的掺杂改 性是一种更经济、 更安全的提高相关正极材料导电性和离子迁移能力的途径。 通常情况下， 科研工作者将掺杂源、 碳源与正极材料原料混合共同烧结形成掺杂异原子的碳层所包覆的 正极材料， 例如， CN109473675B公开了一种将磷酸铁锰与锂源、 含氮和磷的添加剂共同混 合、 干燥后烧结得到氮、 磷共掺杂碳包覆的磷酸铁锰锂正极材料。 这种情况下， 异原子随机 进入碳包覆层的不同位置。 众所周知， 活性物质与电解液 的界面反应是决定电池性能的关 键因素， 例如固体 ‑电解质(S EI)膜的形成反应。 由此可知， 活性物质碳包覆层的最外侧性质 对其电化学性能的影响尤为关键 。 [0004]因此， 本发明致力于对磷酸铁锰锂正极材料表面包覆碳层的外表面层进行原子级 掺杂改性， 使表面包覆 碳层外表 面具有较高浓度的异原子， 有效增强Li离子的迁移速率， 从 而提高磷酸铁锰锂正极材 料的电化学性能。 发明内容 [0005]为解决上述技术问题， 本发明提供了一种磷酸铁锰锂正极材料的改性方法， 包括 以下步骤： [0006](1)将表面包覆有碳导电网络碳层的磷酸铁锰锂正极材料与改性添加剂溶液在室 温下搅拌混合均匀， 然后进行干燥得到前驱体材 料； [0007](2)将步骤(1)制备的前驱体材料在惰 性气氛下、 300℃～600℃温度下锻烧0.5h～ 10h后， 改性添加剂中的异原子进入导电网络碳层外表面的第1至第3层碳原子中实现原子 级掺杂， 并最终得到改性后的磷酸铁锰锂正极材 料。说　明　书 1/4 页 3 CN 114204030 A 3