本發明涉及一種鐵摻雜的磷酸錳鋰/碳復合納米纖維正極材料的制備，由原料通過靜電紡絲，固相反應，獲得。本發明納米纖維復合材料具有比容量高，工作電壓高、倍率性能好、循環穩定性好等優點；本發明復合納米纖維具有相互連接的納米纖維構成的三維導電網絡結構，本發明制備工藝簡單，合成條件較易控制，適合工業化生產，可作為理想的高性能鋰離子電池正極材料。

技術領域

本發明屬于儲能材料及其制備和應用領域，特別涉及一種鐵摻雜的磷酸錳鋰/碳復合納米纖維正極材料的制備。

背景技術

鋰離子電池(LIBs)在混合動力和電動汽車中的應用引起了相當大的學術和工業研究興趣。自1997年Goodenough小組的開創性工作以來，橄欖石結構的聚陰離子磷酸鹽材料(LiMPO₄，M＝Fe、Mn、Co和Ni)因其理論容量高、熱穩定性和環境友好性，作為正極材料被廣泛的研究。基于安全要求，LiFePO₄(LFP)已成功用于LIBs中，作為替代的LiMnPO₄(LMP)提供了相同的理論比容量(170mAh g^–1)，且與Fe²⁺/Fe³⁺相比，Mn²⁺/Mn³⁺的氧化還原電勢更高，因此使得LMP的理論能量密度比LFP的理論能量密度高約20％。盡管LMP有這些優點，但仍很難獲得具有顯著提高的功率密度，高比容量和長期循環穩定性的LMP。極低的鋰離子擴散系數(D_Li，10^–16～10^–14cm² s^–1)和電子電導率(10^–10S cm^–1)降低了其電化學活性。此外，LMP在充放電過程中的體積變化更大，在充放電循環時不穩定的晶體結構會導致容量保持率較低；Jahn-Teller效應、二價Mn的溶解都會導致LMP的電化學性能變差。表面碳包覆是一種常用且高效的方法，已成功改善了電子向活性顆粒的傳輸速率。在微米級別的電池材料中，電荷存儲的動力學通常由微米顆粒中Li⁺的擴散速率來控制。因此，通過將LMP材料納米化可以提高反應動力學。另外，用合適量的Fe代替Mn是提高LMP電池性能的另一種方法，Fe摻雜可以減輕由Jahn-Teller效應導致的晶格畸變，從而使晶體結構得以穩定和增強電荷轉移。碳納米纖維擁有優異的物理化學性能，如較高的導電性、高的比表面積和良好的化學穩定性等，在催化劑載體、高分子納米復合材料、能量轉換與儲存器件等領域有廣泛應用。靜電紡絲是一種簡單而有效地制備碳納米纖維的技術，利用靜電紡絲方法可以制備具有獨特網狀結構的非織造纖維材料。

CN106328942A公開了一種磷酸鐵錳鋰正極材料，其制備方法和應用，CN106328942A發明需要加入造孔劑，造孔劑的加入會使得活性物質(CN106328942A中的活性物質為LiFe_0.5Mn_0.5PO₄)的含量減少，在同樣的負載量(應注意：此處的負載量為活性物質、導電劑、粘結劑等總質量)下，活性物質的減少會導致體積能量密度或者質量能量密度降低。另外CN106328942A發明實施例1中的鐵源為醋酸亞鐵(Fe(CH₃COO)₂)，而Fe(CH₃COO)₂對空氣中的氧或濕氣極為敏感，且不溶于常見的有機溶劑(CN106328942A發明實施例1中的有機溶劑為DMF，丙酮，乙醇)。CN106328942A發明未表現出較好的循環性能。