一种磷酸锰铁锂粉体、电极及其制备方法与流程

本发明涉及磷酸锰铁锂粉体及其制备方法、磷酸锰铁锂混合浆料、磷酸锰铁锂电极的制备方法及其电极与锂离子电池。

背景技术：

1、由于磷酸锰铁锂为橄榄石结构，一维锂离子扩散通道严重影响了锂离子扩散速率，导致其作为正极材料组装的锂离子电池倍率性能差。采用磷酸锰铁锂一次颗粒粉体制备磷酸锰铁锂电极可有效提高锂离子电池的电化学性能，然而磷酸锰铁锂一次颗粒粉体往往会遇到加工性能方面的问题。粒径为100-200nm的磷酸锰铁锂一次颗粒粉体，在匀浆过程中，容易出现黏度高，分散困难的情况，既影响了匀浆工序的顺利进行又造成了溶剂的浪费。此外，磷酸锰铁锂电极制备烘干过程中磷酸锰铁锂一次颗粒粉体间的毛细通道结构变化剧烈，不能制备出高品质的磷酸锰铁锂电极。若直接使用未经气流粉碎的粒径为5-13μm、比表面积15-20m2/g的磷酸锰铁锂二次颗粒粉体，会有较好的制浆效果，但是磷酸锰铁锂二次颗粒粉体的一次颗粒球形结构导致其在涂布后粘结力差，且磷酸锰铁锂二次颗粒粉体一次颗粒结构不利于电解液的浸润，严重影响组装电池的性能。现有磷酸锰铁锂二次颗粒粉体制备方法前驱体固含量高达50-60％，干燥过程中经常会发生喷头堵塞的情况，每处理一次喷头堵塞，都需要花费时间，现有磷酸锰铁锂电极制备烘干工艺高温区温度至少为110℃以上，会使磷酸锰铁锂极片产生厚边缺陷或粘结剂、固体颗粒的团聚。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题之一是提供一种磷酸锰铁锂粉体；本发明所要解决的技术问题之二是提供一种磷酸锰铁锂粉体的制备方法；本发明所要解决的技术问题之三是提供一种磷酸锰铁锂混合浆料；本发明所要解决的技术问题之四是提供一种磷酸锰铁锂电极的制备方法；本发明所要解决的技术问题之五是提供一种磷酸锰铁锂电极；本发明所要解决的技术问题之六是提供一种锂离子电池。

2、本发明磷酸锰铁锂粉体的技术方案是这样实现的：磷酸锰铁锂粉体，由下列组分，磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与磷酸锰铁锂一次颗粒粉体经搅拌得到的混合粉体，所述磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与磷酸锰铁锂一次颗粒粉体的质量比为k:1-k，其中：0.5≤k＜1；所述磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体的空心直径为2-7μm、d50为3-20μm且比表面积为5-25m2/g；所述磷酸锰铁锂一次颗粒粉体的d50为0.3-1.2μm且比表面积为3-16m2/g，所述磷酸锰铁锂分子式为limnxfe1-xpo4，其中：0.5≤x＜1。

3、本发明磷酸锰铁锂粉体的制备方法的技术方案是这样实现的：磷酸锰铁锂粉体的制备方法，依次包括如下步骤：

4、(1).磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与磷酸锰铁锂一次颗粒粉体按k:1-k质量比称量后放入搅拌机中，其中：0.5≤k＜1；

5、(2).步骤(1)所述搅拌机中物料采用搅拌速率2000rpm搅拌1-2h，得到磷酸锰铁锂粉体。

6、本发明磷酸锰铁锂粉体中磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体的制备方法为专利文献cn111740101b中的方法改进后得到；具体步骤为：

7、(1)将硫酸亚铁、硫酸亚锰、磷酸混合，在混合溶液中加入氢氧化钠调整体系ph5-8，在氮气氛围中搅拌得到磷酸亚铁锰浆料，对磷酸亚铁锰浆料进行清洗，过滤，干燥后得到磷酸亚铁锰；

8、(2)将磷酸亚铁锰置于马弗炉中，通入氯气进行氧化反应，洗涤，干燥，得到前驱体磷酸锰铁；

9、(3)将磷酸锰铁、锂源、包覆碳源先球磨再砂磨进行混合，形成混合浆料，其中，所述包覆碳源为peg或可溶性淀粉、pva、柠檬酸的组合；

10、(4)将步骤(3)所述混合浆料进行喷雾干燥，获得前驱体；

11、(5)将步骤(4)所述前驱体在保护气下烧结，过筛，除磁，得到磷酸铁锂材料，无需粉碎。

12、本发明磷酸锰铁锂混合浆料的技术方案是这样实现的：磷酸锰铁锂混合浆料，由本发明磷酸锰铁锂粉体、导电剂与粘结剂均匀分散于溶剂n-甲基吡咯烷酮中制成，本发明磷酸锰铁锂粉体:导电剂:粘结剂的质量比为y:z:(1-y-z)，其中：0.9≤y≤0.98，0.005≤z≤0.05，所述混合浆料70％≥固含量≥40％。

13、本发明磷酸锰铁锂混合浆料优选的技术方案是：所述磷酸锰铁锂分子式为limn0.6fe0.4po4；所述导电剂为石墨、炭黑、石墨烯与碳纳米管中的一种或多种的组合；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种的组合。

14、本发明磷酸锰铁锂混合浆料优选的技术方案是：本发明磷酸锰铁锂粉体:导电剂:粘结剂的质量比为95％:2.5％:2.5％。

15、本发明磷酸锰铁锂混合浆料的制备方法，依次包括如下步骤：

16、(1).将本发明磷酸锰铁锂混合浆料中导电剂与粘结剂按比例加入到搅拌机中，先以35rpm的转速慢搅30min，再以2500rpm的转速快搅40min；

17、(2).将本发明磷酸锰铁锂混合浆料中10％-50％质量比例的本发明磷酸锰铁锂粉体加入到步骤(1)所述搅拌机中，先以35rpm的转速慢搅30min，再以2500rpm的转速快搅40min，期间保持匀浆罐温度低于60℃；

18、(3).将本发明磷酸锰铁锂混合浆料中50％-90％质量比例的本发明磷酸锰铁锂粉体继续加入到搅拌机中，期间分多次加入nmp调节黏度和固含量，期间搅拌转速为1500rpm，当浆料达到适合黏度及70％≥固含量≥40％标准后出料，得到本发明磷酸锰铁锂混合浆料。

19、本发明磷酸锰铁锂电极的制备方法的技术方案是这样实现的：磷酸锰铁锂电极的制备方法，依次包括如下步骤：

20、(1).将本发明磷酸锰铁锂混合浆料均匀涂覆到集流体铝箔或涂炭铝箔上形成极片，混合材料涂布面密度为100-500g/m2；

21、(2).将步骤(1)所述极片烘干，烘干过程依次包括以下三个温区：温度100℃，2min；温度105℃，3min；温度100℃，2min；

22、(3).将步骤(2)烘干后的极片进行碾压制成混合磷酸锰铁锂正极极片。

23、本发明磷酸锰铁锂电极，所述电极为采用本发明磷酸锰铁锂电极的制备方法制备得到的混合磷酸锰铁锂正极极片。

24、本发明锂离子电池，包括正极，所述正极为本发明磷酸锰铁锂电极。

25、本发明磷酸锰铁锂粉体作为活性物质在本发明磷酸锰铁锂混合浆料中具有易于匀浆的特点、制备的本发明磷酸锰铁锂电极具有晶粒完整性好、易于电解液浸润的特点。本发明磷酸锰铁锂粉体的制备方法具有操作简便的特点。本发明磷酸锰铁锂混合浆料具有固含量高的特点。本发明磷酸锰铁锂电极的制备方法具有烘干温度低与烘干效率高的特点。本发明锂离子电池具有循环性能和倍率性能佳的特点。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂粉体，其特征在于，由下列组分，磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与磷酸锰铁锂一次颗粒粉体经搅拌得到的混合粉体，所述磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与磷酸锰铁锂一次颗粒粉体的质量比为k:1-k，其中：0.5≤k＜1；所述磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体的空心直径为2-7μm、d50为3-20μm且比表面积为5-25m2/g；所述磷酸锰铁锂一次颗粒粉体的d50为0.3-1.2μm且比表面积为3-16m2/g，所述磷酸锰铁锂分子式为limnxfe1-xpo4，其中：0.5≤x＜1。

2.一种根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂粉体的制备方法，依次包括如下步骤：

3.一种磷酸锰铁锂混合浆料，其特征在于，由权利要求1所述的磷酸锰铁锂粉体、导电剂与粘结剂均匀分散于溶剂n-甲基吡咯烷酮中制成，权利要求1所述的磷酸锰铁锂粉体:导电剂:粘结剂的质量比为y:z:(1-y-z)，其中：0.9≤y≤0.98，0.005≤z≤0.05，所述混合浆料70％≥固含量≥40％。

4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂混合浆料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的分子式为limn0.6fe0.4po4；所述导电剂为石墨、炭黑、石墨烯与碳纳米管中的一种或多种的组合；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求3-4任一项所述的磷酸锰铁锂混合浆料，其特征在于，所述权利要求1所述的磷酸锰铁锂粉体:导电剂:粘结剂的质量比为95％:2.5％:2.5％。

6.一种磷酸锰铁锂电极的制备方法，依次包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的磷酸锰铁锂电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述集流体为涂炭铝箔。

8.一种磷酸锰铁锂电极，其特征在于，所述电极为采用权利要求6-7任一项所述的磷酸锰铁锂电极的制备方法制备得到的混合磷酸锰铁锂正极极片。

9.一种锂离子电池，包括正极，其特征在于，所述正极为权利要求8所述的磷酸锰铁锂电极。

技术总结本发明公开了磷酸锰铁锂粉体及其制备方法、磷酸锰铁锂混合浆料、磷酸锰铁锂电极制备方法及其电极与锂离子电池。本发明磷酸锰铁锂粉体由磷酸锰铁锂空心球形二次颗粒粉体与一次颗粒粉体混合而成。本发明磷酸锰铁锂混合浆料含有本发明磷酸锰铁锂粉体。本发明电极制备方法包括涂覆本发明磷酸锰铁锂混合浆料步骤。本发明磷酸锰铁锂电极由其制备方法得到。本发明锂离子电池正极为本发明电极。本发明磷酸锰铁锂粉体具有易于匀浆特点、其制备方法有操作简便特点。本发明磷酸锰铁锂混合浆料具有固含量高特点。本发明磷酸锰铁锂电极制备方法具有烘干温度低与烘干效率高特点、电极具有易于电解液浸润特点。本发明锂离子电池具有循环性能和倍率性能佳特点。技术研发人员：田世宇,黄铃,易阳,马洪运受保护的技术使用者：天津力神新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1