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，其中所述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
本专利技术涉及锂电池制备领域，具体地，本专利技术涉及一种磷酸锰铁锂类材料及其制备方法，本专利技术还涉及一种包括前述磷酸锰铁锂类材料的电池浆料，本专利技术进一步涉及一种包括有前述磷酸锰铁锂类材料的正极，以及包括前述正极的锂电池。
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，在一种典型的锂离子电池用磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法中，采用锂源、锰源、磷酸盐、少量掺杂元素(如镍、钴、锌等)及可碳化的还原剂，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，例如倍率充放电性能提出了更高的要求。如何进一步提高电池的倍率充放电性能，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，以改善电池的倍率充放电性能。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，所述磷酸锰铁锂类材料具有橄榄石型结构，且所述磷酸锰铁锂类材料在CuKa辐射下得到的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰为最强衍射峰。根据本专利技术的第二个方面，还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、将铁源、锰源和M源中至少一种与磷酸源混合，制备非晶态磷酸锰铁类前驱体；S2、将所述非晶态磷酸锰铁类前驱体与锂源和碳源混合研磨后，干燥、烧结获得所述磷酸锰铁锂类材料。根据本专利技术的第三个方面，还提供了一种磷酸锰铁锂类材料，该磷酸锰铁锂类材料由本专利技术磷酸锰铁锂类材料的制备方法制备而成。根据本专利技术的第四个方面，还提供了一种电池浆料，该电池浆料包括磷酸锰铁锂类材料和溶剂，该磷酸锰铁锂类材料为本专利技术所述的磷酸锰铁锂类材料。根据本专利技术的第五个方面，还提供了一种正极，所述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，该正极活性材料层包括本专利技术所述的磷酸锰铁锂类材料。根据本专利技术的第六个方面，还提供了一种锂电池，该锂电池内部装有正极，该正极包括本专利技术所述的正极。在本专利技术中提供了一种具有橄榄石型结构，且所述磷酸锰铁锂类材料在CuKa辐射下得到的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰为最强衍射峰的磷酸锰铁锂类材料，这种磷酸锰铁锂类材料属于正交晶系，且与2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰相对应的晶面(020)的发育良好，晶面(020)沿空间群Pnma中b轴方向延伸，其发育良好有利于锂离子沿b轴方向的扩散，进而有利于改善材料的电化学性能，提高锂电池倍率充放电性能。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示出了本专利技术实施例1所制备的磷酸铁类前驱体的XRD衍射谱图；图2示出了本专利技术实施例1所制备的磷酸锰铁锂类材料的透射电镜(TEM)图；图3示出了实施例1所制备的磷酸铁类材料的XRD衍射谱图；图4示出了对比例1所制备的纳米焦磷酸亚锰材料的XRD衍射谱图；图5示出了对比例1所制备的磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射谱图。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
技术介绍
中指出的“电池的倍率性能和循环性能”还有待于进一步提高的技术问题，本专利技术的专利技术人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，所述磷酸锰铁锂类材料具有橄榄石型结构，且所述磷酸锰铁锂类材料在CuKa辐射下得到的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰为最强衍射峰。本专利技术上述磷酸锰铁锂类材料具有橄榄石型结构，且所述磷酸锰铁锂类材料在CuKa辐射下得到的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰为最强衍射峰，这种磷酸锰铁锂类材料属于正交晶系，且与2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰相对应的晶面(020)的发育良好，该晶面(020)沿空间群Pnma中b轴方向延伸，其发育良好有利于锂离子沿b轴方向的扩散，进而有利于改善材料的电化学性能，提高锂电池倍率充放电性能。为了更进一步优化磷酸锰铁锂类材料的电化学性能，提高锂电池倍率充放电性能，在本专利技术中所述磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射图谱中2θ至少在20.7°±0.2°25.5°±0.2°、29.6°±0.2、以及35.5°±0.2°处存在特征衍射峰；优选所述磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰(对应于晶面(020))与2θ在35.5°±0.2°处的衍射峰(对应于晶面(311))的衍射峰强度比值大于1.0，小于等于1.8；和/或优选所述磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射图谱中2θ在25.5°±0.2°处的衍射峰(对应于晶面(201))与2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰的衍射峰强度比值小于等于0.6；和/或优选所述磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射图谱中2θ在20.7°±0.2°处的衍射峰(对应于晶面(101))与2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰的衍射峰强度比值小于等于0.4。特别优选地，所述磷酸锰铁锂类材料的XRD衍射图谱中衍射峰的峰位与图3所示的XRD衍射图谱中衍射峰的峰位相同。根据本专利技术磷酸锰铁锂类材料，这种磷酸锰铁锂类材料中必不可免的会含有微量的磁性物(具有磁性的物质)，在本专利技术中为了更进一步优化磷酸锰铁锂类材料的电化学性能，优选所述磷酸锰铁锂类材料中磁性物的含量为550-750重量ppm。在本专利技术中所述磁性物的含量是采用麦克仪器磁性分析仪MA1040进行测量获得。测量方法为本文档来自技高网...

【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，所述磷酸锰铁锂类材料具有橄榄石型结构，且所述磷酸锰铁锂类材料在CuKa辐射下得到的XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰为最强衍射峰。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XRD衍射图谱中2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰与2θ在35.5°±0.2°处的衍射峰的衍射峰强度比值大于1.0，小于等于1.8。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XRD衍射图谱中2θ在25.5°±0.2°处的衍射峰与2θ在29.6°±0.2°处的衍射峰的衍射峰强度比值小于等于0.6。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的XRD衍射图谱中2θ在20.7°±0.2°处的衍射峰与2θ±0.2在29.6°±0.2°处的衍射峰的衍射峰强度比值小于等于0.4。5.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XRD衍射图谱中衍射峰的峰位与图3所示的XRD衍射图谱中衍射峰的峰位相同。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料中的磁性物含量为550-750重量ppm。7.根据权利要求1至5中任意一项所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料的比表面积为12m2/g≤SA≤25m2/g。8.根据权利要求1至5中任意一项所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料的粒径D50为0.6-1.5μm，优选所述磷酸锰铁锂类材料中的一次粒径为30-150nm。9.根据权利要求1至5中任意一项所述的磷酸锰铁锂类材料，其中，所述磷酸锰铁锂类材料中C的含量为所述磷酸锰铁锂类材料总重量的0.5-3.5wt％。10.一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、将铁源、锰源和M源中至少一种与磷酸源混合，制备非晶态磷酸锰铁类前驱体；S2、将所述非晶态磷酸锰铁类前驱体与锂源和碳源混合研磨后，干燥、烧结获得所述磷酸锰铁锂类材料。11.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述磷源以磷计、所述锂源以锂计、所述铁源以铁计、所述锰源以锰计、所述M源以M计的摩尔比为1：(0.95-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐茶清，肖峰，
申请(专利权)人：惠州比亚迪电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44