一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池，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：

1、锂离子电池具有工作电压高、比容量大、循环寿命长等优点，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。其中磷酸锰铁锂材料与磷酸铁锂材料具有相同的橄榄石型结构，但磷酸锰铁锂材料具有更高的放电平台，因此，具有比磷酸铁锂更高的能量密度。作为新兴的正极材料，磷酸锰铁锂目前产业化应用遇到的主要问题在于其较低的压实密度、材料内部锰铁元素混合不均匀以及锰溶出的问题。针对上述问题，已有相当一部分专利提出改善的方法。

2、专利号为cn 109250698 b的专利公开了一种高振实密度磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，首先将铁盐溶液、锰盐溶液、磷源溶液、表面活性剂和络合剂的混合溶液、沉淀剂溶液混合加热反应得到二水磷酸锰铁浆料；再将纯水、磷酸锰铁、锂源、碳源、表面活性剂混合通过研磨分别成大颗粒和小颗粒磷酸锰铁锂浆料；再将大颗粒和小颗粒磷酸锰铁锂浆料按比例经喷雾干燥混合烧结成磷酸锰铁锂正极材料。其制备的正极材料振实密度大，电性能容量高、倍率性能好、充放电效率高、克容量大，但其制备工艺流程相对复杂且不易于控制，限制其应用于工业化大生产。

3、专利号为cn201210252888的专利公开了一种磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法，其将锂源、三价铁源、二氧化锰、磷源加入分散剂和络合剂直接球磨制备成前驱体，再将前驱体烧结制备成最终产品，其设备简单、工艺流程简洁、生产效率高，但其产品电化学性能较差。

技术实现思路

1、鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，具有工艺简单、电化学性能优异、成本较低等优点，磷酸锰铁锂的电化学性能提升和产业化应用提供一种新的思路。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将锰源、铁源按摩尔比mn:fe＝x:1-x称量后加入反应釜，再加入去离子水和过量的有机酸，搅拌后生成均匀的锰铁混合溶液；其中，0.5≤x≤0.95；

4、s2、将所述锰铁混合溶液中加入锂源、磷源、碳源，经研磨混合均匀后进行喷雾干燥，得到磷酸锰铁锂前驱体粉末；

5、s3、将所述磷酸锰铁锂前驱体粉末在惰性氛围下烧结，自然冷却至室温，最后粉碎，获得磷酸锰铁锂正极材料。

6、依照本发明的一个方面，步骤s1中，所述锰源为锰金属、二氧化锰中的至少一种；所述铁源为铁金属、氧化铁中的至少一种；所述有机酸为草酸。

7、依照本发明的一个方面，步骤s1中，所述有机酸的摩尔量与锰源中的mn和铁源中的fe的总摩尔量的比为2-4：1。

8、依照本发明的一个方面，步骤s1中，反应时间为1-12h。

9、依照本发明的一个方面，步骤s2中，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中的至少一种；所述碳源为聚乙烯醇、蔗糖、可溶性淀粉、纤维素、抗坏血酸、乙炔黑、酚醛树脂中的至少一种。

10、依照本发明的一个方面，步骤s2中，所述锰源中的mn和铁源中的fe的总摩尔量、锂源的摩尔量与磷源的摩尔量的比为1：0.95-1.05：0.95-1.05。

11、依照本发明的一个方面，步骤s2中，所述碳源的含量为锰源、铁源、磷源、锂源总质量的0.5-15wt.％。

12、依照本发明的一个方面，步骤s3中，所述惰性氛围包括氮气、氦气、氩气中的至少一种。

13、依照本发明的一个方面，步骤s3中，所述烧结具体为先升温至100-300℃保温1-5h，再升温至650-900℃保温4-12h。

14、基于同一发明构思，本发明还提供了一种由上述任一制备方法制备得到的磷酸锰铁锂正极材料。

15、本发明的有益效果：

16、本发明采用加入过量有机酸将生成的草酸锰和草酸亚铁溶解形成均匀溶液，实现锰铁原子级别的均匀混合，降低材料锰铁团聚现象。此外，在锰铁溶液中加入锂源、磷源、碳源形成均匀浆料比直接采用锰源、铁源、锂源、磷源、碳源混合更容易形成粒度较小颗粒，从而提高材料的电化学性能和压实密度。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锰源为锰金属、二氧化锰中的至少一种；所述铁源为铁金属、氧化铁中的至少一种；所述有机酸为草酸。

3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述有机酸的摩尔量与锰源中的mn和铁源中的fe的总摩尔量的比为2-4：1。

4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，反应时间为1-12h。

5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中的至少一种；所述碳源为聚乙烯醇、蔗糖、可溶性淀粉、纤维素、抗坏血酸、乙炔黑、酚醛树脂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述锰源中的mn和铁源中的fe的总摩尔量、锂源的摩尔量与磷源的摩尔量的比为1：0.95-1.05：0.95-1.05。

7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述碳源的含量为锰源、铁源、磷源、锂源总质量的0.5-15wt.％。

8.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述惰性氛围包括氮气、氦气、氩气中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述烧结具体为先升温至100-300℃保温1-5h，再升温至650-900℃保温4-12h。

10.一种由权利要求1-9任一所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂正极材料。

技术总结本发明公开了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，所述制备方法包括：将锰源、铁源按摩尔比Mn:Fe＝x:1‑x称量后加入反应釜，再加入去离子水和过量的有机酸，搅拌后生成均匀的锰铁混合溶液；其中，0.5≤x≤0.95；将所述锰铁混合溶液中加入锂源、磷源、碳源，经研磨混合均匀后进行喷雾干燥，得到磷酸锰铁锂前驱体粉末；将所述磷酸锰铁锂前驱体粉末在惰性氛围下烧结，自然冷却至室温，最后粉碎，获得磷酸锰铁锂正极材料。本发明具有工艺简单、电化学性能优异、成本较低等优点，磷酸锰铁锂的电化学性能提升和产业化应用提供一种新的思路。技术研发人员：刘鑫宇,魏有清受保护的技术使用者：湖南蒙星纳米材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29