磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用。本申请磷酸锰铁锂材料为类石墨烯的二维结构，相比当下颗粒状形貌而言，二维结构能够有效缩短锂离子的扩散路径，提高磷酸锰铁锂材料的反应动力学；同时，二维结构的霍尔效应也能有效提高材料的导电性能，而且其压实密度高。通过巯基

【技术实现步骤摘要】
磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电极材料
，具体涉及一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高的能量密度、自放电小、无记忆效应和较长的循环寿命而被广泛应用于3C电子产品，动力汽车和储能电站等众多领域，是当下新能源存储转换系统中的研究热点。
[0003]而正极材料在电池中的成本占比和质量占比都是最高的，因此对于电池的性能和成本影响非常重要。其中，橄榄石结构的磷酸锰铁锂，秉承磷酸盐材料的橄榄石结构，具有与磷酸铁锂相当的安全性能，因此，近年来在动力电池市场份额愈来愈高。更为重要的是，锰元素的加入极大地提高了磷酸铁锂的反应电位。同时，锰元素在地球资源丰富，其成本低廉，在未来动力电池节能将本的趋势环境下具有非常大的竞争优势。
[0004]但磷酸锰铁锂也存在一定的缺陷，由于锰的引入，导致材料的导电性能下降，同时橄榄石结构使得其动力扩散较差，电池的倍率性能较低。因此，如何提高材料的导电性能和其动力扩散能，是扩大磷酸锰铁锂材料大规模商用的关键，也是本领域一直试图努力解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法，以解决现有磷酸锰铁锂存在导电性能和其动力扩散能等性能不理想的技术问题。
[0006]本申请的另一目的在于提供一种正极和含有该正极的二次电池，以解决现有磷酸锰铁锂二次电池倍率性能较低的技术问题。
[0007]为了实现上述申请目的，本申请的第一方面，提供了一种磷酸锰铁锂材料。本申请磷酸锰铁锂材料为类石墨烯的二维结构。
[0008]一些实施例中，磷酸锰铁锂材料具有如下至少一种特征：
[0009]磷酸锰铁锂材料的纳米片厚度为2
‑
20nm；
[0010]磷酸锰铁锂材料的纳米片的单层厚度为0.5
‑
2nm；
[0011]磷酸锰铁锂材料的纳米片层数为1
‑
10层；
[0012]磷酸锰铁锂材料的纳米片的径向尺寸为18
‑
55μm。
[0013]一些实施例中，磷酸锰铁锂材料的压实密度为2.396
‑
2.582g/cm3。
[0014]一些实施例中，磷酸锰铁锂材料的导电率为5.68
×
10
‑
12
‑
32.8
×
10
‑
11
mS/cm。
[0015]本申请的第二方面，提供了一种磷酸锰铁锂材料的制备方法。本申请磷酸锰铁锂材料的制备方法包括如下步骤：
[0016]将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂中，配制成混合配体溶液；
[0017]将混合配体溶液进行成胶反应，得到混合物胶体；
[0018]将混合物胶体进行烧结处理，得到磷酸锰铁锂材料，磷酸锰铁锂材料呈类石墨烯的二维结构。
[0019]一些实施例中，将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂中是按照磷酸锰铁锂前驱体所含的锂源在混合配体溶液中的摩尔浓度为0.1
‑
6mol/L的比例分散处理。
[0020]一些实施例中，将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂中的方法包括如下步骤：
[0021]将磷酸锰铁锂前驱体所含的锂源、锰源、铁源、磷源分别分散在疏水性配体溶剂中，分别配制成包括锂源配体溶液、锰源配体溶液、铁源配体溶液、磷源配体溶液；
[0022]按照磷酸锰铁锂所含元素计量比，将包括锂源配体溶液、锰源配体溶液、铁源配体溶液、磷源配体溶液进行混合处理，得到混合配体溶液。
[0023]进一步实施例中，成胶反应的温度为30
‑
100℃。
[0024]进一步实施例中，混合物胶体的粘度为400
‑
8000cp。
[0025]进一步实施例中，将混合配体溶液进行成胶反应的方法包括如下步骤：
[0026]将混合配体溶液升温至成胶反应的温度并进行持续搅拌，直至混合配体溶液发生成胶反应并形成胶体。
[0027]一些实施例中，疏水性配体溶剂包括油酸、油胺、三辛基膦和三辛基氧膦中的至少一种。
[0028]一些实施例中，烧结处理的温度为200
‑
800℃。
[0029]一些实施例中，烧结处理是以1
‑
15℃/min的升温速率升温至烧结处理的温度。
[0030]本申请的第三方面，提供了一种正极。本申请正极包括集流体和结合在集流体上的正极活性层，正极活性层所含的正极活性材料包括上文本申请磷酸锰铁锂材料。
[0031]本申请的第四方面，提供了一种二次电池。本申请包括正极，该正极为本申请正极。
[0032]与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：
[0033]本申请磷酸锰铁锂材料为类石墨烯的二维结构，也即是具有层状结构，相比当下颗粒状形貌而言，二维结构能够有效缩短锂离子的扩散路径，提高磷酸锰铁锂材料的反应动力学；同时，二维结构的霍尔效应也能有效提高材料的导电性能，而且其压实密度高。
[0034]本申请磷酸锰铁锂材料制备方法采用疏水性配体溶剂将磷酸锰铁锂前驱体制备成胶体，这样，当烧结形成磷酸锰铁锂时，磷酸锰铁锂晶体表面修饰的疏水性烷烃分子配体通过巯基
‑
烯点击化学反应可以对磷酸锰铁锂起到一个纳米晶的修饰作用，其会调控磷酸锰铁锂晶体在高温成核时沿(100)和(010)晶面方向定向生长成二维片层结构，赋予制备的磷酸锰铁锂具有类石墨烯的二维结构，从而赋予制备的磷酸锰铁锂具有短的锂离子扩散路径和高的导电性能和压实密度。另外，本申请磷酸锰铁锂材料制备方法能够保证制备的磷酸锰铁锂材料电化学性能稳定，而且效率高，节约了生产成本。
[0035]本申请正极由于含有本申请磷酸锰铁锂材料，因此，本申请正极具有高的离子扩散效率和倍率性能。
[0036]本申请二次电池由于含有本申请正极，因此，本申请二次电池具有高的倍率性能和充放电性能。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本申请实施例磷酸锰铁锂材料制备方法的流程示意图；
[0039]图2为本申请实施例A1中磷酸锰铁锂材料的电镜图；其中，图2中的a为磷酸锰铁锂材料的透射电镜(TEM)图，b图为磷酸锰铁锂材料于液相中的扫描电子显微镜(SEM)图，和c图为磷酸锰铁锂材料粉体的SEM图；
[0040]图3为本申请实施例A4中磷酸锰铁锂材料的X射线衍射(XRD)图；
[0041]图4为本申请实施例B1中锂二次电池放电曲线图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂材料为类石墨烯的二维结构。2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂材料具有如下至少一种特征：所述磷酸锰铁锂材料的纳米片厚度为2
‑
20nm；所述磷酸锰铁锂材料的纳米片的单层厚度为0.5
‑
2nm；所述磷酸锰铁锂材料的纳米片层数为1
‑
10层；所述磷酸锰铁锂材料的纳米片的径向尺寸为18
‑
55μm。3.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂材料的压实密度为2.396
‑
2.582g/cm3；和/或所述磷酸锰铁锂材料的导电率为5.68
×
10
‑
12
‑
32.8
×
10
‑
11
mS/cm。4.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂中，配制成混合配体溶液；将所述混合配体溶液进行成胶反应，得到混合物胶体；将所述混合物胶体进行烧结处理，得到磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料呈类石墨烯的二维结构。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂中是按照所述磷酸锰铁锂前驱体所含的锂源在所述混合配体溶液中的摩尔浓度为0.1
‑
6mol/L的比例分散处理；和/或所述将磷酸锰铁锂前驱体分散在疏水性配体溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘厅，万远鑫，李意能，陈燕玉，薛山，王鹏，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：