磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备技术

本申请提供一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备，涉及电池领域。磷酸锰铁锂复合材料的制备方法包括：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀，获得混合粉料；将混合粉料在惰性气氛下进行热处理，以使粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制得磷酸锰铁锂复合材料；其中，粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)

【技术实现步骤摘要】
磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备


[0001]本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备。

技术介绍

[0002]磷酸锰铁锂正极材料是磷酸铁锂和磷酸锰锂复合而成的一种固溶体材料，具有高工作电压平台、高能量密度、成本低廉、热稳定性和化学稳定性好等特点，为目前主流研究正极材料之一。
[0003]现有的磷酸锰铁锂类材料的粒径一般控制在纳米级，其比表面积比较大，一旦接触到潮湿的空气，水分易与材料表面具有亲水性的Li相接触，在一段时间内(几周)磷酸铁锂接触潮湿的空气后表层锂也会与水发生锂化反应，致使磷酸锰铁锂类的含水率增高。而这种含水率相对较高的磷酸锰铁锂类材料在作为电池正极材料使用时，由于材料中水分在后续电池配料拉浆过程中难以去除，会一直保留到电池中去，这就使得电池的存储容量保持率大多表现不佳。
[0004]若以纳米级磷酸锰铁锂类材料作为一次颗粒，或者较大粒径的二次颗粒，虽然能够一定程度降低吸水率，但会产生阻抗较大且克容量挥发低的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本申请提一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备，其能够在兼顾改善磷酸锰铁锂的吸水率高的基础上，改善其阻抗较大且克容量挥发低的技术问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀，获得混合粉料；将混合粉料在惰性气氛下进行热处理，以使粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制得磷酸锰铁锂复合材料；其中，粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)
‑
(0.2：1)。
[0007]本申请实施例的技术方案中，利用对混合粉料热处理的方式可先使粘结剂纳米颗粒熔融，由于此时粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)
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(0.2：1)，因此在混合粉料中，粘结剂纳米颗粒只能分布在有限空间，导致必然部分区域不含有粘结剂纳米颗粒，因此无需额外处理，直接对混合均匀的混合粉料进行热处理即可限制二次颗粒的粒径，避免其粒径过大。热处理过程中，混合粉料中的粘结剂纳米颗粒先熔融产生粘结力，粘结其周围的磷酸锰铁锂纳米颗粒以形成大颗粒中间产物，然后无需额外处理，继续在热处理温度下使大颗粒中间产物内部的粘结剂纳米颗粒碳化形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，即可获得内部具有由第一碳层构成的导电网络的大颗粒磷酸锰铁锂复合材料，从而不仅增大磷酸锰铁锂复合材料的粒径以及降低其比表面积，改善因磷酸锰铁锂纳
米颗粒粒径小、比表面积过大导致的吸水率高的问题，并且利用第一碳层在其内部形成的导电网络，有效提高磷酸锰铁锂复合材料的导电性，降低阻抗并提高其发挥容量，提高电池能量密度，有效地提高材料的电化学性能。
[0008]在一些实施例中，粘结剂纳米颗粒的熔融温度低于热处理的温度。利用上述设置，可实现在热处理温度下，粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制备流程简单，有效提高制备效率。
[0009]在一些实施例中，热处理的温度为400
‑
1000℃，热处理的时间不小于2h。可选地，热处理的温度为600
‑
1000℃，热处理的时间为6
‑
8h。上述温度以及时间范围内，不仅能够使粘结剂纳米颗粒先熔融实现粘结作用，然后使其碳化形成第一碳层，而且上述温度范围内不影响磷酸锰铁锂的稳定性及其性能。
[0010]在一些实施例中，粘结剂纳米颗粒包括沥青、酚醛树脂、壳聚糖以及环糊精中的至少一种。上述粘结剂成本较低，并在熔融后粘结效果佳，且碳化所需温度较低，可降低能耗。
[0011]在一些实施例中，将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀的方式为干混。干混的方式不仅有利于其后续热处理时降低能耗，而且可提高生产效率。
[0012]在一些实施例中，将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀的步骤包括：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒放置于行星式搅拌罐内，在行星式搅拌罐的自转转速为800
‑
1200rpm，公转转速为10
‑
30rpm的条件下搅拌30
‑
120min。上述方式不仅可使将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒快速混合并分散均匀，有利于控制正极材料的粒径，并且混合过程中不会涉及原料粒径的变化，保证磷酸锰铁锂纳米颗粒的完整性，提高正极材料最终的电化学性能。
[0013]在一些实施例中，磷酸锰铁锂纳米颗粒的Dv50粒径为50
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400nm。由于磷酸锰铁锂纳米颗粒是作为磷酸锰铁锂复合材料的组成部分，因此该范围内磷酸锰铁锂纳米颗粒的粒径选择合理，其不仅易于获得，而且可降低制得的磷酸锰铁锂复合材料的阻抗，提高锂离子传输效率和电子传导效率，若磷酸锰铁锂纳米颗粒的粒径过小，其合成难度大，不易合成，若磷酸锰铁锂纳米颗粒粒径过大，导致锂嵌入脱出的路径变长，导致材料的阻抗增大。
[0014]在一些实施例中，粘结剂纳米颗粒的粒径不大于磷酸锰铁锂纳米颗粒的Dv50粒径，可选地，粘结剂纳米颗粒的粒径≤400nm。粘结剂纳米颗粒的粒径不大于磷酸锰铁锂纳米颗粒的Dv50粒径，有利于二者混合均匀，可避免形成的磷酸锰铁锂复合材料的粒径分布不均，存在粒径较大的颗粒，以导致磷酸锰铁锂复合材料的Dv99过大影响其性能。
[0015]在一些实施例中，磷酸锰铁锂纳米颗粒包括磷酸锰铁锂内核，以及包覆于磷酸锰铁锂内核的表面的第二碳层。利用第二碳层的引入，可提高磷酸锰铁锂纳米颗粒导电性，降低了磷酸锰铁锂纳米颗粒的阻抗以及提高了其克容量发挥，进而将其作为磷酸锰铁锂复合材料的原料时，可进一步降低磷酸锰铁锂复合材料的阻抗以及提高其克容量发挥，提高其电化学性能。
[0016]在一些实施例中，第二碳层的厚度为2
‑
20nm。上述厚度范围内的第二碳层作为导电层，可有效提高磷酸锰铁锂内核的导电性，若第二碳层过薄，无法保证良好的导电性；若第二碳层过厚，则会导致碳重量占比提高，影响材料的克容量。
[0017]在一些实施例中，磷酸锰铁锂内核的化学式为LiMn1‑
x
Fe
x
PO4，其中x＝0.05
‑
0.95；可选地，x＝0.4
‑
0.6。上述磷酸锰铁锂内核便于制备，降低获取难度。
[0018]第二方面，本申请提供了一种磷酸锰铁锂复合材料，其由上述实施例中的制备方法制得，磷酸锰铁锂复合材料的粒径为微米级。
[0019]本申请实施例的技术方案中，利用上述实施例提供的制备方法获得内部具有由第一碳层构成的导电网络的磷酸锰铁锂复合材料，从而不仅增大磷酸锰铁锂复合材料的粒径以及降低其比表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀，获得混合粉料；将所述混合粉料在惰性气氛下进行热处理，以使所述粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结所述磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接所述磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制得所述磷酸锰铁锂复合材料；其中，所述粘结剂纳米颗粒与所述磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)
‑
(0.2：1)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂纳米颗粒的熔融温度低于所述热处理的温度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为400
‑
1000℃，所述热处理的时间不小于2h；可选地，所述热处理的温度为600
‑
1000℃，热处理的时间为6
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8h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂纳米颗粒包括沥青、酚醛树脂、壳聚糖以及环糊精中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀的方式为干混。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀的步骤包括：将所述将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒放置于行星式搅拌罐内，在所述行星式搅拌罐的自转转速为800
‑
1200rpm，公转转速为10
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30rpm的条件下搅拌30
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120min。7.根据权利要求1
‑
6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成龙，张海明，甄晓枫，高靖宇，刘醒醒，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：