一种磷酸锰铁锂前驱体、正极材料、正极极片和电池的制作方法

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种磷酸锰铁锂前驱体、正极材料、正极极片和电池。

背景技术：

1、磷酸铁锂作为锂离子正极材料中的一种，因其容量相对较高、导电性较好、绿色环保、原材料成本低且丰度高等优点，在新能源行业得到了广泛的应用，但由于其相对较低的电压平台，限制了其进一步发展。

2、磷酸锰锂材料作为一种替代材料，安全性与磷酸铁锂接近，电压平台比磷酸铁锂高出约20％，并且与镍钴锰三元素材料接近，单独使用或是与镍钴锰三元素材料混用都可以大幅提高正极的能量密度，但磷酸锰锂目前还存在诸如电子导电性差、锂离子扩散系数低的问题，因此，虽然其理论容量较高，但实际容量却远低于其理论容量，对磷酸锰锂进行铁混晶改性，能够明显提高材料的实际克容量，但是相对磷酸铁锂材料仍然有很大的差距，且除此之外，现有磷酸锰铁锂材料的倍率充放电性能也有待提高。

技术实现思路

1、本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体，该磷酸锰铁锂前驱体用于制备磷酸锰铁锂正极材料，可以明显提高磷酸锰铁锂正极材料的实际克容量和倍率充放电性能。

2、本发明还提供一种上述磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，该制备方法能够制备得到上述磷酸锰铁锂前驱体，且工艺简单。

3、本发明还提供一种正极材料，该正极材料由上述磷酸锰铁锂前驱体制备得到，因此其具有较高的克容量以及优异的倍率充放电性能。

4、本发明还提供一种正极极片，由于该正极极片包括上述磷酸锰铁锂正极材料，因此，该极片用于电池，有助于提高电池的放电比容量和倍率性能。

5、本发明还提供一种电池，由于该电池包括上述正极极片，因此该电池的电化学性能优异。

6、第一方面，本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体为包含铁、锰元素的氧化物；所述磷酸锰铁锂前驱体的晶型为尖晶石结构，且所述磷酸锰铁锂前驱体的d100≤20μm。

7、在一可选地实施方式中，所述磷酸锰铁锂前驱体的化学组成为：(mnxfeymz)o4，其中，2≤x+y+z≤3，0≤z≤0.02，m为al、mg、ni、co、ti、cu、ca、nb、cr、zn、la、sb、te、sr、w、in、y元素中的一种或多种。

8、在一可选地实施方式中，所述磷酸锰铁锂前驱体的d50为1-4µm。

9、在一可选地实施方式中，所述磷酸锰铁锂前驱体的d100为10-15μm。

10、第二方面，本发明提供一种上述的磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

11、将含铁源、锰源的混合溶液与沉淀剂混合，获得第一物料，在第一物料中加入络合剂，使ph值至8.5-11之间，获得第二物料，第二物料和m源混合，静置陈化3-24h后，得到氢氧化物中间体；所述氢氧化物中间体在包括氧气的气氛中，以1-20℃/min的升温速率升温至400-1200℃，保温2-15h，经粉碎，获得所述磷酸锰铁锂前驱体。

12、在一可选地实施方式中，所述氢氧化物中间体在包括氧气的气氛中，以1-20℃/min的升温速率升温至500-900℃，保温5-8h。

13、第三方面，本发明提供一种由上述磷酸锰铁锂前驱体制得的磷酸锰铁锂正极材料。

14、在一可选地实施方式中，上述磷酸锰铁锂正极材料，由包含以下过程的方法制得：

15、包含上述磷酸锰铁锂前驱体、锂源、磷源的第三物料在保护气氛中，以1-10℃/min的升温速率升温至300-800℃，保温4-12h，获得磷酸锰铁锂第二前驱体；

16、包含所述磷酸锰铁锂第二前驱体与碳源的第四物料在保护气氛中，以1-20℃/min的升温速率升温至700-800℃，保温4-12h，获得所述磷酸锰铁锂正极材料。

17、第四方面，本发明提供一种正极极片，包括上述磷酸锰铁锂正极材料。

18、第五方面，本发明提供一种电池，包括上述的正极极片。

19、本发明提供的磷酸锰铁锂前驱体具有独特的尖晶石型结构，其用于制备磷酸锰铁锂正极材料可以明显提高磷酸锰铁锂正极材料的实际克容量和倍率充放电性能。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体为包含铁、锰元素的氧化物；所述磷酸锰铁锂前驱体的晶型为尖晶石结构，且所述磷酸锰铁锂前驱体的d100≤20μm。

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体的化学组成为：(mnxfeymz)o4，其中，2≤x+y+z≤3，0≤z≤0.02，m为al、mg、ni、co、ti、cu、ca、nb、cr、zn、la、sb、te、sr、w、in、y元素中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体的d50为1-4µm。

4.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体的d100为10-15μm。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化物中间体在包括氧气的气氛中，以1-20℃/min的升温速率升温至500-900℃，保温5-8h。

7.一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，由权利要求1-4任一所述的磷酸锰铁锂前驱体制得。

8.根据权利要求7所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，由包含以下过程的方法制得：

9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求7或8所述的磷酸锰铁锂正极材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体、正极材料、正极极片和电池，所述磷酸锰铁锂前驱体为包含铁、锰元素的氧化物；所述磷酸锰铁锂前驱体的晶型为尖晶石结构，且所述磷酸锰铁锂前驱体的D100≤20μm。本发明提供的磷酸锰铁锂前驱体具有独特的尖晶石型结构，其用于制备磷酸锰铁锂正极材料可以明显提高磷酸锰铁锂正极材料的实际克容量和倍率充放电性能。技术研发人员：冯明燕,苑永,孔德香,李积刚,王思嘉受保护的技术使用者：天津容百斯科兰德科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20