[发明专利]一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。该正极材料由粒径为0.3‑0.8um的小颗粒磷酸锰铁锂和粒径为3‑5um的大颗粒磷酸锰铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成，制备方法包括：（1）密实磷酸锰铁的制备；（2）大，小颗粒磷酸锰铁锂浆料的制备；（3）磷酸锰铁锂前驱体粉末的制备；（4）磷酸锰铁锂成品的制备；获得的材料应用于锂电池正极材料。本发明制备的磷酸锰铁锂振实密度大，电性能容量高、倍率性能好、充放电效率高、克容量大，制备工艺流程简单且易于控制、能耗和原料成本低、生产效率高、可应用于工业化大生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪人类面临着能源危机和环境污染两个严峻问题，因此清洁可再生新能源的开发与研究具有深远意义。其中，各类汽车占石油消耗量的40％左右，全球大气污染42％来自于交通车辆的排放。世界各国对发展电动汽车非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。作为车载动力的动力电池的研究，成为动力汽车发展的主要瓶颈。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池，锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。锂离子电池作为储能材料相比传统电池具有电压高、比容量大、循环寿命长和安全性能好的优点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天和军事工程等领域，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

锂离子电池自问世以来，由于其能量密度高、放电电压平稳、工作寿命长等优点，就一直备受人们的青睐，被广泛应用于便携储能工具，尤其在最近国内外较热的新能源汽车产业领域。作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料的选择将直接关系到锂离子电池的性能表现。目前，已得到广大商业化的锂离子电池正极材料主要为钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂。与前两种正极材料相比，磷酸铁锂作为一种新型的橄榄石结构的正极材料，具有工作电压平稳、平台特性优良、容量较高、结构稳定、高温性能和循环性能良好、安全无毒、成本低廉的优点，这使其成为最具潜力的锂电正极材料之一。但是由于其平台电压低(3.3V)，没有批量的保护线路和充电器，使其在电子设备上的应用受到限制。相对于磷酸铁锂，磷酸锰锂材料具有更高的放电平台4.1V，并且Li Mn PO4的能量密度也更高，所以可以结合二者的优势，合理调控Mn与Fe的比例，将一部分的Mn取代Fe制备出具有高能量密度以及较高电导率的磷酸铁锰锂正极材料。振实密度是指在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。一般来说，振实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以振实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一，工艺条件一定的条件下，振实密度越大，电池的容量越高。特别是在当今新能源汽车兴起的高峰期，要想磷酸锰铁锂能在新能源电动汽车以及混合电动汽车上得以广泛应用，必须进一步提高磷酸锰铁锂的振实密度，以满足市场要求为导向成为重要前提。所以，如何在保证磷酸锰铁锂材料的电性能基础上，提高材料的振实密度，进而提高材料的体积比容量，成为该材料大规模商业化应用亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，本发明选用大小两种颗粒浆料，通过单独喷雾干燥将大颗粒磷酸锰铁锂和小颗粒磷酸锰铁锂按照一定配比进行混合，然后经高温烧结制得高振实密度磷酸锰铁锂正极材料，制备的磷酸锰铁锂振实密度大，电性能容量高、倍率性能好，制备工艺流程简单且易于控制、能耗和原料成本低、生产效率高、可应用于工业化大生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料，由粒径为0.3-0.8um的小颗粒磷酸锰铁锂和粒径为3-5um的大颗粒磷酸锰铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成。

进一步，一种制备高振实密度磷酸锰铁锂正极材料的方法，具体包括如下步骤：

步骤(一)密实磷酸锰铁的制备：