一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法以及电池浆料和正极与锂电池技术

本发明专利技术公开了一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法以及电池浆料和正极与锂电池。其中磷酸锰铁锂类材料具有LiMn

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法以及电池浆料和正极与锂电池
本专利技术涉及电池浆料制备领域，具体地，涉及一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法和电池浆料和正极与锂电池。
技术介绍
锂离子二次电池是新型绿色高能可充电电池，其具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携电动工具、电子仪表、武器装备等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，目前已成为世界各国竞相研究开发的重点。正极材料是锂离子电池的一个很重要组成部分，在锂离子电池充放电过程中，不仅要提供在正负嵌锂化合物中往复嵌/脱所需要的锂，而且还要提供负极材料表面形成SEI膜所需要的锂，因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池发展的关键所在。在锂离子电池正极材料中，磷酸锰铁锂在综合性能上表现最优，目前被认为是较为理想的锂离子二次动力电池正极材料。现有的磷酸锰铁锂的合成方法包括高温固相法、水热法、液相氧化还原法以及溶胶凝胶法等。目前，磷酸锰铁锂合成方法以高温固相法为主，例如，在中国专利ZL201110322643中公开了一种碳还原制备锂离子电池用磷酸锰铁锂复合正极材料的方法，其中采用锂源(如碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、硝酸锂等)、锰源(如碳酸锰、硫酸亚锰、磷酸锰、硝酸锰、氧化锰等)、铁盐(氧化亚铁、氧化铁、草酸铁、乙酸亚铁等)、磷酸盐(如磷酸、磷酸二氢铵、磷酸钠等)、少量掺杂元素(如镍、钴、锌等)及可碳化的还原剂(如蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、酚醛树脂、淀粉、碳黑等)，将锂、锰、铁、磷酸盐及少量掺杂元素进行球磨、砂磨或者搅拌分散混合后，在高温下预烧结(650℃以下)，然后加入碳源进行球磨、砂磨或者搅拌分散混合，最后再在高温下进行烧结(600～900℃)，最后将烧结后的产物进行球磨、破碎得到磷酸铁锰锂材料。现有的高温固相法所合成磷酸锰铁锂材料虽然能够作为锂离子电池的电极材料，然而，随着锂离子二次电池的广泛应用，消费者对于锂离子二次电池的使用性能，例如倍率性能和低温循环性能提出了更高的要求。如何进一步提高电池恒流部分的容量占比及高倍率下的容量保持率，已经成为锂离子二次电池研发领域的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法以及电池浆料和正极与锂电池，以改善电池的倍率性能和低温性能。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种磷酸锰铁锂类材料，该磷酸锰铁锂类材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C结构，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M为Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一种或多种，且所述磷酸锰铁锂类材料的透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种磷酸锰铁锂类材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、提供可溶性的锂源、磷源、碳源以及一次粒径在60nm以下的铁源、锰源和任选的M源；S2、分别将锂源、磷源和碳源配置形成锂源溶液、磷源溶液和碳源溶液；S3、将所述铁源、锰源和任选的M源混合形成混合粉末，并在加热分散条件下，将雾化的所述锂源溶液、磷源溶液和碳源溶液与所述混合粉末混合接触，形成干燥的前驱体粉末；S4、在烧结条件下，烧结处理所述前驱体粉末，形成具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C结构所述碳包覆的磷酸锰铁锂材料。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种磷酸锰铁锂类材料，该磷酸锰铁锂类材料是由本专利技术上述制备方法制备而成。根据本专利技术的四个方面，提供了一种电池浆料，该电池浆料是由本专利技术上述磷酸锰铁锂类材料配置形成的固含量为10-70wt％的浆料组合物。根据本专利技术的第五个方面，提供了一种正极，该正极是通过在集流体表面上涂布本专利技术上述电池浆料制备而成。根据本专利技术的第五个方面，提供了一种正极，该正极包括集流体和设置在所述集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括本专利技术磷酸锰铁锂类材料。本专利技术提供的磷酸锰铁锂类材料及其制备方法以及电池浆料和正极与锂电池，通过提供一种透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上的磷酸锰铁锂类材料，以提高电池的倍率性能和低温性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例1所制备的磷酸锰铁锂类材料的SEM图；图2示出了根据本专利技术对比例1所制备的磷酸锰铁锂类材料的SEM图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。针对于背景部分所提及的“电池的倍率性能和低温循环性能有待进一步提高”的问题。本专利技术的专利技术人对磷酸锰铁锂类材料进行了大量的研究，专利技术人偶然的发现，通过调整磷酸锰铁锂类材料的透气压差和粉体压缩性，有利于改善相应电池的倍率性能和低温性能。为此，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种磷酸锰铁锂类材料，该磷酸锰铁锂类材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C结构，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M为Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一种或多种，且所述磷酸锰铁锂类材料的透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上。在本专利技术中术语“透气压差PD15”是指在15Kpa下测试获得的透气压差，术语“粉体压缩性CPS15”是指在15Kpa下测试获得的粉体压缩性。上述具有“LiMnxFe1-x-yMyPO4/C”结构的磷酸锰铁锂类材料即为具有碳包覆LiMnxFe1-x-yMyPO4颗粒结构的磷酸锰铁锂类材料。本专利技术通过提供一种透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上的磷酸锰铁锂类材料，将这种磷酸锰铁锂类材料作为正极材料使用，有利于改善锂离子电池的倍率性能和低温性能。这种磷酸锰铁锂类材料作为正极材料所制备的电池在-20℃下的放电倍率超过65％，在0.5C倍率下的恒流部分的充电倍率超过90％。在本专利技术磷酸锰铁锂类材料中，只要控制磷酸锰铁锂类材料的透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上，即能在一定程度上改善电池的倍率性能和低温性能。然而，为了更加优化电池的倍率性能和低温性能，在本专利技术中优选所述磷酸锰铁锂类材料的透气压差PD15在20mBar以下，粉体压缩性CPS15为40％-80％％。在本专利技术磷酸锰铁锂类材料中，磷酸锰铁锂类材料的一次粒径可以根据磷酸锰铁锂类材料的透气压差和粉体压缩性进行选择。为了更好的控制磷酸锰铁锂类材料的透气性能和粉体压缩性能，在本专利技术中优选所述磷酸锰铁锂类材料的一次粒径小于100nm，更优选所述磷酸锰铁锂类材料的一次粒径为20-80nm。在本专利技术中一次粒径是指颗粒物中最小颗粒单元的平均粒径，例如饭团中的一粒米的平均粒径。在本专利技术磷酸锰铁锂类材料中，为了简化磷酸锰铁锂类材料的制备流程，更好的制备透气性能和粉体压缩性能满足要求的磷酸锰铁锂类材料。在本专利技术中优选在所述磷酸锰铁锂类材料的制备过程中，所添加的铁源、锰源和任选的M源的一次粒径在60nm以下，优选为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸锰铁锂类材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂类材料具有LiMn

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂类材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂类材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C结构，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M为Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一种或多种，且所述磷酸锰铁锂类材料的透气压差PD15在40mBar以下，粉体压缩性CPS15在40％以上。2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料的粉体透气压差PD15在20mBar以下，粉体压缩性CPS15为40％-80％。3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料的一次粒径小于100nm，优选所述磷酸锰铁锂类材料的一次粒径为20-80nm。4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料在制备过程中，所添加的铁源、锰源和任选的M源的一次粒径均在60nm以下，优选为20nm-60nm。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的磷酸锰铁锂材料，其中，具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C结构的所述磷酸锰铁锂材料中，0.5≤x≤0.8，0≤y≤0.2。6.一种磷酸锰铁锂类材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1、提供可溶性的锂源、磷源、碳源以及一次粒径在60nm以下的铁源、锰源和任选的M源；S2、分别将锂源、磷源和碳源配置形成锂源溶液、磷源溶液和碳源溶液；S3、将所述铁源、锰源和任选的M源混合形成混合粉末，并在加热分散条件下，将雾化的所述锂源溶液、磷源溶液和碳源溶液与所述混合粉末混合接触，形成干燥的前驱体粉末；S4、在烧结条件下，烧结处理所述前驱体粉末，形成所述磷酸锰铁锂类材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述S1中提供一次粒径为20nm-60nm的铁源、锰源和任选的M源。8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述S2中配置浓度为0.01-1mol/ml的锂源溶液、磷源溶液和碳源溶液。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈靖华，徐茶清，肖峰，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44