磷酸亚锰铁、磷酸亚锰铁锂及其制备方法、锂离子电池和涉电设备技术

本申请提供一种磷酸亚锰铁、磷酸亚锰铁锂及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。磷酸亚锰铁的制备方法：将包括铁粉、锰源、磷酸在内的原料混合，固液分离得到锰铁磷溶液；将锰铁磷溶液用水稀释后在惰性气氛下陈化得到三水合磷酸亚锰铁。磷酸亚锰铁，使用所述的制备方法制得。磷酸亚锰铁锂，其原料包括磷酸亚锰铁。磷酸亚锰铁锂的制备方法：将包括磷酸亚锰铁、锂源、磷源、碳源和溶剂在内的原料混合得到浆料；将浆料进行研磨、干燥得到粉末，焙烧得到碳包覆的磷酸亚锰铁锂。锂离子电池，其原料包括磷酸亚锰铁锂。涉电设备，包括锂离子电池。本申请提供的磷酸亚锰铁的制备方法，实现锰和铁的原子级别混合，制得的磷酸亚锰铁锂具有优异的电化学性能。化学性能。化学性能。

【技术实现步骤摘要】
磷酸亚锰铁、磷酸亚锰铁锂及其制备方法、锂离子电池和涉电设备


[0001]本申请涉及材料领域，尤其涉及一种磷酸亚锰铁、磷酸亚锰铁锂及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

技术介绍

[0002]磷酸亚锰铁锂作为磷酸亚铁锂的下一代材料，具有电压平台高，能量密度大等优点。特别是和三元材料的复合使用，在保证能量密度的同时，大幅提高了三元电池的安全性能，是国内目前研发的热点。
[0003]目前磷酸亚锰铁的合成方法有很多，基本类似磷酸亚铁锂的合成。有纯固相法，包括直接使用磷源、铁源、锰源、锂源等原料烧结得到磷酸亚锰铁锂，也有先合成磷酸锰作为锰源和部分磷源，再将磷酸锰、铁源、锂源混合，烧结得到磷酸亚锰铁锂。其缺点在于不能实现锰、铁在原子层面的均匀混合，制备出来的磷酸亚锰铁锂的充电恒压段和倍率放电性能较差；而且三价锰在溶液中易发生歧化反应，生成二价锰和四价锰，产品的纯度不高。
[0004]也有通过水热法制备磷酸亚锰铁锂，但因锂使用量是理论值的3倍，成本高。同时由于设备是高温高压设备，设备投资高，总体成本比固相法高很多。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种磷酸亚锰铁、磷酸亚锰铁锂及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。
[0006]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]一种磷酸亚锰铁的制备方法，包括：
[0008]将包括铁粉、锰源、磷酸在内的原料混合，固液分离得到锰铁磷溶液；
[0009]将所述锰铁磷溶液用水稀释后在惰性气氛下陈化得到三水合磷酸亚锰铁。
[0010]优选地，所述锰源包括碳酸锰、磷酸亚锰和氧化亚锰中的一种或多种；
[0011]优选地，所述锰源为碳酸锰；
[0012]优选地，所述磷酸的摩尔质量为所述铁粉中的Fe和所述锰源中的Mn的摩尔质量之和的2
‑
10倍；
[0013]优选地，所述锰铁磷溶液和所述水的质量比为1：(2
‑
3)；
[0014]优选地，所述陈化的温度为80
‑
95℃。
[0015]优选地，所述陈化之后还包括将沉淀物进行洗涤、干燥和粉碎；
[0016]优选地，所述干燥的温度小于等于110℃；
[0017]优选地，所述干燥的温度为80
‑
110℃；
[0018]优选地，所述粉碎得到的物料的粒径D50为5
‑
30μm。
[0019]本申请还提供一种磷酸亚锰铁，使用所述的制备方法制得。
[0020]本申请还提供一种磷酸亚锰铁锂，其原料包括所述的磷酸亚锰铁。
或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0048]连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0049]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0050]在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0051]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0052]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
[0053]一种磷酸亚锰铁的制备方法，包括：
[0054]将包括铁粉、锰源、磷酸在内的原料混合，固液分离得到锰铁磷溶液；
[0055]将所述锰铁磷溶液用水稀释后在惰性气氛下陈化得到三水合磷酸亚锰铁。
[0056]所得三水合磷酸亚锰铁的分子式为Mn
a
Fe
b
PO4·
3H2O，其中a+b＝1。需要说明的是，当锰含量大于等于0.6时，采用申请提供的制备方法合成的磷酸亚锰铁锂的倍率充电和放电容量(或者说电性能)比传统方法制备的磷酸亚锰铁锂性能要好很多(更明显)。
[0057]在一个可选的实施方式中，所述锰源包括碳酸锰、磷酸亚锰和氧化亚锰中的一种或多种；
[0058]在一个可选的实施方式中，所述锰源为碳酸锰；
[0059]在一个可选的实施方式中，所述磷酸的摩尔质量为所述铁粉中的Fe和所述锰源中的Mn的摩尔质量之和的2
‑
10倍；
[0060]在一个可选的实施方式中，所述锰铁磷溶液和所述水的质量比为1：(2
‑
3)；
[0061]用水稀释的目的是控制陈化用的锰铁磷溶液的pH，一般控制在0.5
‑
2之间(优选1
‑
1.5)；不加水或者加水少会使得溶液pH过小，则无法在陈化之后得到沉淀物或收率很低；加水过多使得容易过于稀释，不利于陈化的进行，设备利用率低，成本高。
[0062]在一个可选的实施方式中，所述陈化的温度为80
‑
95℃。
[0063]采用铁粉和碳酸锰作为基础原料，而非传统工艺中所用的硫酸盐，一是反应过程
仅有气体产生，未引入其他杂质离子，产品纯度高；二是洗涤液可以反复使用，相较传统工艺方法省去后期反复洗涤和废水排放问题。三是因使用铁粉作为反应原料，过程中二价铁和二价锰不易氧化，省去了添加抗坏血酸等还原剂。
[0064]可选的，所述磷酸的摩尔质量可以为所述铁粉中的Fe和所述锰源中的Mn的摩尔质量之和的2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍或者2
‑
10倍之间的任一值；所述锰铁磷溶液和所述水的质量比可以为1：2、1：2.5、1：3或者1：(2
‑
3)之间的任一值；所述陈化的温度可以为80℃、85℃、90℃、95℃或者8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸亚锰铁的制备方法，其特征在于，包括：将包括铁粉、锰源、磷酸在内的原料混合，固液分离得到锰铁磷溶液；将所述锰铁磷溶液用水稀释后在惰性气氛下陈化得到三水合磷酸亚锰铁。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰源包括碳酸锰、磷酸亚锰和氧化亚锰中的一种或多种；优选地，所述锰源为碳酸锰；优选地，所述磷酸的摩尔质量为所述铁粉中的Fe和所述锰源中的Mn的摩尔质量之和的2
‑
10倍；优选地，所述锰铁磷溶液和所述水的质量比为1：(2
‑
3)；优选地，所述陈化的温度为80
‑
95℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述陈化之后还包括将沉淀物进行洗涤、干燥和粉碎；优选地，所述干燥的温度小于等于110℃；优选地，所述干燥的温度为80
‑
110℃；优选地，所述粉碎得到的物料的粒径D50为5
‑
30μm。4.一种磷酸亚锰铁，其特征在于，使用权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法制得。5.一种磷酸亚锰铁锂，其特征在于，其原料包括权利要求4所述的磷酸亚锰铁。6.一种权利要求5所述的磷酸亚锰铁锂的制备方法，其特征在于，包括：将包括所述磷酸亚锰铁、锂源、磷源、碳源和溶剂在内的原料混合得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李二阳，
申请(专利权)人：雅安天蓝新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：