磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法技术

本申请提供了一种磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法、正极极片和电池


[0001]本申请涉及正极材料
，具体涉及一种磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法
、
正极极片和电池
。

技术介绍

[0002]随着电池的广泛应用，对正极材料需求越来越大，且对正极材料的性能要求越来越高，具有高能量密度兼备高安全性
、
长循环寿命
、
低成本
、
环境友好的磷酸锰铁锂复合正极材料受到广泛关注
。
[0003]磷酸锰铁锂的理论容量与磷酸铁锂相同，为
170mAh/g
，但是它相对于
Li
+
/Li
的电极电势为
4.1V
，远高于磷酸铁锂的
3.4V
，且具有稳定电化学窗口
。
磷酸锰铁锂具有较高的能量密度
。
磷酸锰铁锂的实际容量发挥到与磷酸铁锂相同的程度，其能量密度比磷酸铁锂提高
15
％，与电压相当的锰酸锂相比，其质量能量密度也可以提高
25
％以上
。
[0004]磷酸锰铁锂具有橄榄石晶体结构，其中的锂离子在电池的电化学循环中迁移速度很慢和电子电导率低；锰元素存在于磷酸锰铁锂，增加了锰离子析出而导致的可靠性风险，因而急需改进
。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种磷酸锰铁锂复合正极材料及其制备方法
、
正极极片和电池，提供一种充放电性能更优异的磷酸锰铁锂复合正极材料，且该磷酸锰铁锂复合正极材料的稳定性更高，可以改善电池的使用寿命
。
[0006]第一方面，本申请提供了一种磷酸锰铁锂复合正极材料，包括：
[0007]核，包括磷酸锰铁锂，其结构通式为
LiFe
x
Mn1‑
x
PO4，
0.1≤x≤0.4
；
[0008]包覆层，至少部分包覆所述核，包括无机固态电解质和碳
。
[0009]在一些实施例中，包覆层的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料的质量含量为
0.21
％
‑5％
。
[0010]在一些实施例中，碳的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
0.2
％
‑2％
。
在一些实施例中，锰元素的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
18
％
‑
33
％
。
[0011]在一些实施例中，无机固态电解质的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
0.01
％
‑3％
。
[0012]在一些实施例中，无机固态电解质包括氧氯锆锂，氯锆锂中的一种或几种
。
[0013]第二方面，本申请提供了一种磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法，包括：
[0014]制备前驱体：
[0015]将锰源溶于稀硫酸中，加入铁盐，制得可溶性的硫酸铁盐溶液；
[0016]将可溶性的硫酸铁盐溶液与磷酸源混合，保持
pH
在1‑4之间，之后进行过滤
、
洗涤，制得磷酸铁锰前驱体；
[0017]反应步骤：
[0018]向所述前驱体中加入无机固体电解质的原材料
、
碳源
、
锂源进行研磨
、
喷雾干燥后进行在保护性气氛下进行煅烧和粉碎，制得磷酸锰铁锂复合正极材料
。
[0019]在一些实施例中，制备方法满足下列条件中的至少一项：
[0020]1)
所述锂源包括硫酸锂
、
硝酸锂
、
氯化锂
、
氢氧化锂
、
氧化锂
、
磷酸一氢锂
、
磷酸二氢锂中的一种或几种；
[0021]2)
所述磷酸源包括磷酸
、
磷酸一氢盐
、
磷酸二氢盐中的一种或几种；
[0022]3)
所述铁盐包括硫酸亚铁
、
硫酸亚铁七水合物
、
硫酸亚铁一水合物中的一种或几种；
[0023]4)
所述碳源包括有葡萄糖
、
酚醛树脂
、
不同分子量聚丙二醇和聚乙二醇中的一种或多种；
[0024]5)
所述锰源包括四氧化三锰
、
二氧化锰
、
氧化锰
、
草酸锰中的一种或多种；
[0025]6)
锂源
、
铁盐
、
锰源
、
磷酸源中的锂元素
、
铁元素
、
锰元素
、
磷酸基团的摩尔比为
(1
‑
1.1)
：
(0.4
‑
0.1)
：
(0.6
‑
0.9)
：
1。
[0026]7)
所述无机固体电解质的原材料包括氯化锆和氯化锂；可选地，所述无机固体电解质的原材料包括氧化锂；
[0027]8)
可溶性的硫酸亚盐溶液的浓度为浓度为1‑
2mol/L。
[0028]9)
所述锂源与所述磷酸源为同一种物质；
[0029]10)
所述煅烧的温度为
500
‑
800℃
，所述煅烧的时间为4‑
24h
；
[0030]11)
所述保护性气氛包括氩气
、
氮气
、
氦气
、
氢气中的一种或几种；
[0031]12)
所述研磨包括粗磨和细磨；可选地，所述粗磨采用湿法球磨；所述湿法球磨时混合物的固含量为
50
‑
60
％
。
[0032]第三方面，本申请提供了一种正极极片，正极极片包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一侧的正极活性材料膜层，所述正极活性材料膜层包括第一方面的方法制得的磷酸锰铁锂复合正极材料或第二方面的磷酸锰铁锂复合正极材料
。
[0033]第四方面，本申请提供了一种电池，包括第三方面的正极极片
。
附图说明
[0034]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理
。
[0035]图1示出了本申请实施例1的磷酸锰铁锂复合正极材料显微图；
[0036]图2示出了本申请实施例1的磷酸锰铁锂复合正极材料在电池的首次充电和放电曲线图
。
[0037]通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，包括：核，包括磷酸锰铁锂，其结构通式为
LiFe
x
Mn1‑
x
PO4，
0.1≤x≤0.4
；包覆层，至少部分包覆所述核，包括无机固态电解质和碳
。2.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，所述包覆层的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料的质量含量为
0.21
％
‑5％
。3.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，所述碳的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
0.2
％
‑2％
。4.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，所述锰元素的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
18
％
‑
33
％
。5.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，所述无机固态电解质的质量占所述磷酸锰铁锂复合正极材料质量的
0.01
％
‑3％
。6.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合正极材料，其特征在于，无机固态电解质包括氧氯锆锂，氯锆锂中的一种或几种
。7.
一种如权利要求1‑6中任意一项所述的磷酸锰铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：制备前驱体：将锰源溶于稀硫酸中，加入铁盐，制得可溶性的硫酸铁盐溶液；将可溶性的硫酸铁盐溶液与磷酸源混合，保持
pH
在1‑4之间，之后进行过滤
、
洗涤，制得磷酸铁锰前驱体；反应步骤：向所述前驱体中加入无机固体电解质的原材料
、
碳源
、
锂源进行研磨
、
喷雾干燥后进行在保护性气氛下进行煅烧和粉碎，制得磷酸锰铁锂复合正极材料
。8.
根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足下列条件中的至少一项：
1)
所述锂源包括硫酸锂
、
硝酸锂
、
氯化锂
、
氢氧化锂
、
氧化锂
、
磷酸一氢锂
、
磷酸二氢锂中的一种或几种；
2)
所述磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍青春，陈海林，傅昭，徐长美，
申请(专利权)人：湖南鹏博新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：