[发明专利]一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述制备方法通过构建不同形貌的磷酸锰和磷酸铁这两种前驱体进行混合，在还原过程中，混合前驱体能够有效提升与还原剂的接触程度，还原程度高且还原均匀度高；所述制备方法所得磷酸锰铁锂正极材料的纯度高，电化学性能优异，制备工艺条件难度低，无需特定加工设备或条件，可实现工业化规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池相比于其他电池因具有输出电压高、储存寿命长等优点，被广泛发展并应用在汽车、储能等多个领域。目前锂离子电池中使用的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等，这其中以稳定性高、生产成本低、环保性高且安全性高的磷酸铁锂被认为是最理想的锂离子正极材料。然而磷酸铁锂的能量密度较低，无法大规模应用在动力电池中。

为了解决上述困境，人们以锰元素掺杂磷酸铁锂制备磷酸锰铁锂正极材料，该材料具有较高的能力密度。但目前制备磷酸锰铁锂正极材料的方法主要是以二价或三价的铁源直接掺锰生成产品，其中二价铁源的生产体系中原料稳定性差，制备过程副产物多，制备条件也较为苛刻；三价铁源的生产体系原料稳定性相对较高，但由于该体系制备的前驱体均匀性不足，在后续热还原后制备的产品同样存在纯度较低的问题。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，该方法通过构建不同形貌的磷酸锰和磷酸铁这两种前驱体进行混合，在还原过程中，混合前驱体能够有效提升与还原剂的接触程度，还原程度高且还原均匀度高；所述制备方法所得产品的纯度高，制备工艺条件难度低，无需特定加工设备或条件，可实现工业化规模生产。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锰源和磷源分别配制成溶液并混合均匀，随后在100～150℃下保温8～16h，离心过滤并干燥，得前驱体A；

(2)将铁源和磷源分别配制成溶液并混合均匀，所得混合液调节pH至2～6并陈化，随后依次经过滤、洗涤、干燥，得前驱体B；

(3)前驱体A、前驱体B与锂源、磷源、还原剂以及分散剂混合，在保护气氛下球磨处理，随后先加热至300～400℃保温3～5h，再加热至500～800℃保温5～15h，即得所述磷酸锰铁锂正极材料。

优选地，所述前驱体A为片状结构，尺寸为1～2μm；所述前驱体B为颗粒结构，粒径为100～300nm。

本发明所述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法中，先以锰源和磷源在特定温度下制备具有微米级别片状结构的磷酸锰前驱体A，随后通过化学陈化法制备纳米级别颗粒状的磷酸铁前驱体B，这两种前驱体在混合过程中，由于纳米级别的磷酸铁能够有效进入微米级别片状的磷酸锰的间隙当中，因此两者的分散均匀程度更高，可减少局部团聚的概率；同时，在制备磷酸锰铁锂正极材料前，各原料还需经过湿磨处理，在此过程中，由于片状结构的磷酸锰具有较大的比表面积，可充分与还原剂接触，使得磷酸锰及其负载的磷酸铁均能被有效还原，产品的还原程度高，还原均匀度高，不会产生过多杂质或副产物。

优选地，所述步骤(1)中，锰源为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰中的至少一种，磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸、磷酸钠中的至少一种。

优选地，所述步骤(1)中锰源配制为锰源溶液，磷源配制为磷源溶液，两者的摩尔浓度为0.02～0.1mol/L，所述锰源溶液中的锰元素与磷源溶液中的磷元素的摩尔比为(2:3)～(3:2)。

优选地，所述步骤(1)中，干燥时的压力条件为真空条件，温度为55～65℃，时间为8～18h。