一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，所述磷酸锰铁锂正极材料包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料中掺杂有金属和多孔碳，所述多孔碳的孔隙中还填充有导电剂；通过采用多孔碳和金属对磷酸锰铁锂材料进行共掺杂，并在所述多孔碳的孔隙中填充导电剂，同时提高了磷酸锰铁锂材料的电子导电率和离子导电率，使最终得到的磷酸锰铁锂正极材料兼具优异的导电性能和加工性能，进而采用所述磷酸锰铁锂正极材料制成的锂离子电池能够兼具优异的循环性能

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有电压高
、
能量密度大
、
循环性能好
、
自放电小
、
无记忆效应以及工作范围宽等众多优点，已经广泛应用于移动电话
、
笔记本电脑
、
便携电动工具
、
电子仪表
、
武器装备等领域，在电动汽车中也具有良好的应用前景，目前已成为研究开发的重点
。
[0003]正极材料作为锂离子电池的一个很重要组成部分，在锂离子电池充放电过程中，不仅要提供在正负嵌锂化合物中往复嵌
/
脱所需要的锂，而且还要提供负极材料表面形成
SEI
膜所需要的锂，因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池发展的关键所在
。
磷酸锰铁锂
(LMFP)
是磷酸锰锂与磷酸铁锂结合的产物，充分结合了二者的优势，其理论比容量可达
170mAh
·
g
‑1，还具有循环性能好
、
安全性能优
、
原料来源广
、
成本低
、
环境友好等优点；但是，磷酸锰铁锂材料的电导率低，电子在锰铁锂跃迁能系远高于铁锂，铁锂可类比半导体，而锰铁锂基本属于绝缘体
。
[0004]目前，上成熟的
LMFP
材料的粒径基本为纳米级，极小的纳米级颗粒导致锰铁锂加工难度大，批量生产过程中存在加工问题
。
为了提升
LMFP
材料的电化学性能，主要改性方式有纳米化
、
碳包覆和金属离子掺杂
。CN115588737A
公开了一种二次改性磷酸锰铁锂的制备方法
、
电池正极片以及电池，方法包括：对磷酸锰铁锂正极材料进行研磨处理；将磷酸锰铁锂颗粒通过通入混合气体进行加热化学反应包覆，混合气体包括甲烷
40
～
60
％
、
乙烯
20
～
30
％以及乙炔
10
～
30
％，加热包覆化学反应的压力为
0.04
～
0.08MPa
，反应温度在
300
～
600℃
恒温2～3小时，得到一次改性磷酸锰铁锂；将一次改性磷酸锰铁锂进行物理包覆，得到二次改性磷酸锰铁锂
。
但是，该专利技术提供的二次改性磷酸锰铁锂的加工难度大，同时碳包覆使磷酸锰铁锂比表面积增大，使得其在加工时分散不均
。
[0005]因此，为解决上述技术问题，急需开发一种不易团聚且导电性能优异的磷酸锰铁锂正极材料
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，通过在磷酸锰铁锂材料中进行金属和多孔碳共掺杂，并在多孔碳的孔隙中填充导电剂，使得到的磷酸锰铁锂正极材料具有优异的导电性能和加工性能，进而采用其制备得到的锂离子电池具有优异的倍率性能
、
循环性能和低温性能
。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料，所述磷酸锰铁锂正极材料包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料中掺杂有金属和多孔碳，所述多孔碳的孔隙中还填充有导电剂
。
[0009]本专利技术提供的磷酸锰铁锂正极材料包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料中掺杂有金属和多孔碳，且所述多孔碳的孔隙中还填充有导电剂；一方面，通过在磷酸锰铁锂材料中掺杂碳材料，利用碳材料不仅可以有效提高磷酸锰铁锂材料的电子导电性，且还可以有效抑制磷酸锰铁锂材料在烧结过程中发生团聚，有效提高了磷酸锰铁锂正极材料的加工性能；另一方面，搭配在磷酸锰铁锂材料中掺杂金属元素，所述金属元素则有利于提高磷酸锰铁锂材料的离子导电性，进一步在多孔碳的孔隙中填充有导电剂，所述导电剂的加入可以与材料内部的碳材料形成导电网络，进一步提升磷酸锰铁锂材料的导电性能，使最终得到的磷酸锰铁锂正极材料具有优异的导电性能和加工性能，进而使得采用其制备得到的锂离子电池具有优异的倍率性能
、
循环性能和低温性能
。
[0010]优选地，所述磷酸锰铁锂正极材料材料的
D50
粒径为
200
～
300nm
，例如
210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm
或
290nm
等，可以通过控制制备方法中烧结的温度和时间进行调控
。
[0011]优选地，所述金属包括铌和钛
。
[0012]优选地，所述磷酸锰铁锂材料中钛的质量百分含量为
500
～
1000ppm
，例如
550ppm、600ppm、650ppm、700ppm、750ppm、800ppm、850ppm、900ppm
或
950ppm
等
。
[0013]优选地，所述磷酸锰铁锂材料中铌的质量百分含量为
800
～
1200ppm
，例如
850ppm、900ppm、950ppm、1000ppm、1050ppm、1100ppm
或
1150ppm
等
。
[0014]优选地，所述磷酸锰铁锂材料的制备原料包括铁锰
‑
有机框架材料
、
锂源
、
磷源和掺杂金属源
。
[0015]优选地，所述铁锰
‑
有机框架材料
(Fe
x
Mn1‑
x
‑
MOF(0
＜
X
＜
1))
通过铁源
、
锰源和有机配位体在溶剂中反应后得到
。
[0016]优选地，所述铁源包括硫酸铁和
/
或硝酸铁
。
[0017]优选地，所述锰源包括硫酸锰和
/
或硝酸锰
。
[0018]优选地，所述溶剂包括水和
/
或乙醇
。
[0019]优选地，以所述溶剂为
1L
计，所述铁源和锰源的摩尔数为1～
3mol
，例如
1.1mol、1.3mol、1.5mol、1.7mol、1.9mol、2.1mol、2.3mol、2.5mol、2.7mol
或
2.9mol
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂正极材料包括磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料中掺杂有金属和多孔碳，所述多孔碳的孔隙中还填充有导电剂
。2.
根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂正极材料的
D50
粒径为
200
～
300nm
；优选地，所述金属包括为铌和钛；优选地，所述磷酸锰铁锂正极材料中钛的质量百分含量为
500
～
1000ppm
；优选地，所述磷酸锰铁锂正极材料中铌的质量百分含量为
800
～
1200ppm。3.
根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料的制备原料包括铁锰
‑
有机框架材料
、
锂源
、
磷源和掺杂金属源
。4.
根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述铁锰
‑
有机框架材料通过将铁源
、
锰源和有机配位体在溶剂中反应得到；优选地，所述铁源包括硫酸铁和
/
或硝酸铁；优选地，所述锰源包括硫酸锰和
/
或硝酸锰；优选地，所述溶剂包括水和
/
或乙醇；优选地，以所述溶剂为
1L
计，所述铁源和锰源的总摩尔数为1～
3mol
；优选地，所述有机配位体包括甲基咪唑；优选地，所述铁源和锰源的总摩尔数与有机配位体的摩尔比为
1:(10
～
15)。5.
根据权利要求3或4所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述锂源包括氢氧化锂和
/
或碳酸锂；优选地，所述磷源包括磷酸二氢铵；优选地，所述掺杂金属源包括掺杂金属的氧化物
。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：尚美，马晓丽，芦佳雪，郭建，申津婧，高秀玲，马华，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：