新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法，涉及电池正极材料制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及电池正极材料制备
，具体为新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法
。

技术介绍

[0002]现有磷酸锰铁锂
LiFe1‑
x
MnxPO4（
0<x
＜1）材料使用的碳源包覆剂多为乙炔黑
、
柠檬酸
、
蔗糖
、
葡萄糖
、
聚乙烯醇和聚乙二醇等制备磷酸铁锂的常用碳源；这些有机物在经过高温烧结碳化后，可以有效提升材料导电性能和循环性能，但是这些碳层的厚度和包覆效果往往得不到有效的控制；这主要是因为碳源在浆料砂磨过程中，无法附着在锂源
、
铁源
、
锰源等无机化合物表面，起不到分散和包覆原材料的效果
。
[0003]现有碳源均是选用的单一结构的高分子有机物，其本身的化学性质稳定；只能作为碳源使用；但是磷酸锰铁锂材料的电子电导率和离子电导率远远低于磷酸铁锂材料，因此为得到高性能的磷酸锰铁锂材料，我们将浆料粒径的控制尺寸降低至纳米级；但是，在实验过程中发现，由于浆料颗粒尺寸明显减少，其自身的表面能大大增加，团聚现象增加明显，而以往的碳源又无法起到良好的分散作用；而单独添加分散剂又因为其添加量原因，不能达到很好的分散效果，因此本专利技术提出一种即可以作为碳源又有分散效果的一种新型碳包覆材料，并以此作为碳源材料制备出一种高性能磷酸锰铁锂材料
。
专利
技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是为磷酸锰铁锂提供一种既可以作为碳源又有良好分散和包覆效果的新型碳包覆材料及其制备方法
。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供一种使用该新型碳包覆材料制备出高容量的磷酸锰铁锂材料及其制备方法
。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一
、
新型碳包覆材料的制备，所述包括：选用柠檬酸或苹果酸的有机多元酸中的一种或多种，其端羧基作为锚固基团；选用二元醇包含聚乙二醇
、
乙二醇和丁二醇中的一种或几种的有机二元醇，作为溶剂化链；所述对有机多元酸和有机二元醇进行化学制备，得到用于包覆磷酸锰铁锂正极的新型碳包覆材料
。
[0007]可选的，所述新型碳包覆材料的分子量在
2000
‑
6000
之间
。
[0008]可选的，所述新型碳包覆材料的端羧基含量在
400
‑
450mol/t。
[0009]可选的，所述对有机多元酸和有机二元醇进行化学制备，其步骤包括：（1）在惰性气体保护下，将柠檬酸
、
聚乙二醇按照摩尔比为
1:1.05
的比例进行投入不锈钢反应釜内，将反应釜温度升高至
160℃
；（2）设定搅拌速率为
200r/min
，反应过程中需不断收集反应物中的水，待反应后期
水的逸出明显降低时，关闭氮气阀门，缓慢抽真空；（3）维持体系等于
0.1Mpa
，持续反应，待体系水分不再增加时，停止反应；（4）关闭真空泵，打开氮气阀门，待体系正压后，取样；得到柠檬酸聚乙二醇酯
。
[0010]可选的，所述新型碳包覆材料，其在酯化缩合过程中不添加钛酸酯类催化剂或其他含金属元素催化剂
。
[0011]二
、
一种包裹磷酸锰铁锂正极材料的制备，所述包括：步骤一：准备磷酸锰铁锂正极材料的制备原料，其中锰源与铁源的摩尔比为
6:4
；步骤二：依次加入酒精
、
锂源
、
锰源
、
铁源
、
磷源
、
碳源于球磨机内进行粗磨，其中碳源采用上述中任一项所述制备磷酸锰铁锂正极包覆材料的方法得到的新型碳包覆材料；步骤三：在粗磨结束后，将粗磨后的物料倒入砂磨机中进行细磨加工处理，控制浆料粒径
D50
在
0.5
μ
m
以下；步骤四：将步骤三获得的浆料经过喷雾干燥得到球形度良好的磷酸锰铁锂的喷雾料；步骤五：将该磷酸锰铁锂的喷雾料经过辊道窑炉烧结粉碎后得到高容量的磷酸锰铁锂材料
。
[0012]可选的，所述的砂磨固含量达到
45%
以上
。
[0013]可选的，所述步骤四中喷雾干燥操作过程中的转速为
10000
‑
14000r/min。
[0014]本专利技术提供了新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法，具备以下有益效果：
1.
柠檬酸聚乙二醇酯可作为一种新型碳包覆材料，一方面通过端羧基的锚固基团吸附于固体颗粒表面，形成位阻层来阻止固体粒子的絮凝团聚；从而起到分散和包覆的作用
。
[0015]2.
该新型碳包覆材料制备的磷酸锰铁锂其一次颗粒更小，颗粒之间的团聚现象降低，加工性能得到明显改善
。
[0016]3.
使用新型碳包覆材料作为磷酸锰铁锂的碳源即无需额外添加分散剂，使得材料一致性更好，碳源的分布更加均匀，容量发挥更理想
。
[0017]4.
使用新型碳包覆材料，其作为碳源使用，其添加量明显增加，研磨效率提高，其浆料粘度大大降低，为提高生产效率，在保持浆料粘度不变的情况下，其固含量可以从
40%
提升至
45%
，明显降低生产成本
。
附图说明
[0018]图1为该新型碳包覆材料制备及包裹磷酸锰铁锂正极材料的方法中的球状锚固基团与条状溶剂化链之间包覆形态示意图
。
具体实施方式
[0019]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
[0020]新型碳包覆材料制备实施例一（1）在惰性气体保护下，将柠檬酸（
2.1kg
）
、
聚乙二醇（分子量
200
）（
2.1kg
）按照摩
尔比为
1:1.05
的比例进行投入不锈钢反应釜内，将反应釜温度升高至
160℃
；（2）设定搅拌速率为
200r/min
，反应过程中需不断收集反应物中的水，待反应后期水的逸出明显降低时，关闭氮气阀门，缓慢抽真空（防止体系爆沸）；（3）维持体系等于
0.1Mpa
，持续反应，待体系水分不再增加时，停止反应；（4）关闭真空泵，打开氮气阀门，待体系正压后，取样；得到柠檬酸聚乙二醇酯
。
[0021]新型碳包覆材料制备实施例二（1）在惰性气体保护下，将柠檬酸（
2.1k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种制备磷酸锰铁锂正极包覆材料的方法，其特征在于，包括：选用柠檬酸或苹果酸的有机多元酸中的一种或多种，其端羧基作为锚固基团；选用二元醇包含聚乙二醇
、
乙二醇和丁二醇中的一种或几种的有机二元醇，作为溶剂化链；用所述有机多元酸和有机二元醇进行化学制备，得到用于包覆磷酸锰铁锂正极的新型碳包覆材料
。2.
根据权利要求1所述的制备磷酸锰铁锂正极包覆材料的方法，其特征在于，所述新型碳包覆材料的分子量在
2000
‑
6000
之间
。3.
根据权利要求1所述的制备磷酸锰铁锂正极包覆材料的方法，其特征在于，所述新型碳包覆材料的端羧基含量在
400
‑
450mol/t。4.
根据权利要求1所述的制备磷酸锰铁锂正极包覆材料的方法，其特征在于，用所述有机多元酸和有机二元醇进行化学制备的步骤包括：（1）在惰性气体保护下，将柠檬酸
、
聚乙二醇按照摩尔比为
1:1.05
的比例进行投入不锈钢反应釜内，将反应釜温度升高至
160℃
；（2）设定搅拌速率为
200r/min
，反应过程中需不断收集反应物中的水，待反应后期水的逸出明显降低时，关闭氮气阀门，缓慢抽真空；（3）维持体系等于
0.1Mpa
，持续反应，待体系水分不再增加时，停止反应；（4）关闭真空泵，打开氮气阀门，待体系正压后，取样；得到柠檬...

【专利技术属性】
技术研发人员：马占，王世银，刘智敏，李禹铭，
申请(专利权)人：四川富临新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：