【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料，涉及锂离子电池，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法、应用该磷酸锰铁锂正极材料的锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池正极材料磷酸铁锂(lifepo4)由于其具备稳定的橄榄石型结构，在循环性能、安全性能上优于传统的锂离子电池正极材料，同时由于合成所需资源丰富，在成本上也有巨大优势，并在以往的大量研究和实际应用中已被大范围推广。但由于其自身的低电位3.4v(vs.li/li+)限制了电池的能量密度，并且磷酸铁锂的开发已经趋于饱和，无法满足高能量动力电池的需求。
2、与此同时，同样具备橄榄石型结构的磷酸锰铁锂，与磷酸铁锂(lifepo4)有着相近的理论容量，但其拥有4.1v(vs.li/li+)的电压平台，远高于磷酸铁锂的电压平台，在同等容量发挥的条件下，磷酸锰铁锂在电池的能量密度上更具优势。因此，磷酸锰铁锂是一款能够完美取代磷酸铁锂的新型高能量密度动力锂离子电池正极材料，有利于后续在工业生产中广泛推广。
3、目前报导制备磷酸锰铁锂的技术手段中，有采用液相法合成的工艺路线，通过液相水热反应将锂、锰、铁、磷源同时混合，再经烧结得到磷酸锰铁锂正极材料，此工艺难以实现工业化，同时由于材料一次晶粒为纳米级，造成压实密度不够高；也有采用固相法与液相法相结合的工艺路线，通过将锰、铁源共沉淀，再添加锂、磷源混合烧结制备得到磷酸锰铁锂正极材料，此工艺过程繁琐，产业化生产成本高，并且得到的产品压实密度也不高；另外还有采用纯固相法合成的工艺路线，其中包括将铁、锰、锂、磷、碳源分批混合，再通过混合不同
技术实现思路
1、本专利技术提出一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，明确了制备磷酸锰铁锂的纯固相法合成工艺路线，极大的简化了工艺过程，同时还确保了材料的压实密度以及电化学性能，适用于工业化规模生产。
2、一方面，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
3、(1)将锂源、磷源与纯水混合，控制浆料粒径在一定的范围内，得到浆料a；
4、(2)将碳源、掺杂剂加入浆料a中，得到浆料b；
5、(3)将铁源加入浆料b中，控制浆料粒径在一定的范围内，得到浆料c；
6、(4)将锰源加入浆料c中，控制浆料粒径在一定的范围内，得到浆料d；
7、(5)将浆料d研磨，控制浆料粒径在一定的范围内，得到浆料e；
8、(6)将浆料e进行喷雾干燥，得到磷酸锰铁锂前驱体f；
9、(7)将磷酸锰铁锂前驱体f进行烧结，再粉碎、过筛、除磁，得到磷酸锰铁锂正极材料。
10、根据本专利技术的一些实施方式，本专利技术提供的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法还可以包括以下附属技术特征：
11、在一些实施方式中，所述磷酸锰铁锂正极材料的化学式为limnxfe1-xpo4，其中，0.5≤x≤0.9。
12、在一些实施方式中，加入的原料中，锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比为(0.95-1.1)：1。
13、具体的，加入的原料中，锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比为0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1:1、1.01:1、1.03:1、1.06:1、1.1:1或(0.95-1.1)：1范围内的任意值。
14、本专利技术中，当加入的锂源过少(锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比小于0.95：1)时，加入的锂源不足以完全生成磷酸锰铁锂，部分以磷酸锰铁的形式存在，影响最终磷酸锰铁锂的产率；当加入的锂源过多(锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比大于1.1：1)时，会有部分锂以游离态锂、磷酸锂或氢氧化锂的形式存在于磷酸锰铁锂表面，会造成磷酸锰铁锂表面锂沉积，都会影响磷酸锰铁锂的压实密度以及电化学性能。
15、本专利技术中，所述原料包括步骤(1)-步骤(7)中加入的锂源、磷源、碳源、掺杂剂、铁源和锰源。
16、在一些实施方式中，加入的原料中，铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比为(0.95-1.06)：1。
17、具体的，加入的原料中，铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比为0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1:1、1.01:1、1.04:1、1.06:1或(0.95-1.06)：1范围内的任意值。
18、本专利技术中，当加入的磷源过少(铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比大于1.06：1)时，会产生晶格缺陷，对磷酸锰铁锂的电化学性能影响较大；当加入的磷源过多(铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比小于0.95：1)时，会有部分磷以磷酸锂的形式存在于磷酸锰铁锂表面，烧结后颗粒尺寸较大，对磷酸锰铁锂的压实性能影响较大。
19、在一些实施方式中，所述碳源的加入量为加入原料总质量的5％-20％。
20、优选地，所述碳源的加入量为加入原料总质量的8％-12％。
21、具体的，所述碳源的加入质量为加入原料总质量的8％、9％、10％、11％、12％或8％-12％范围内的任意值。
22、本专利技术中，碳源的主要作用包括：1.碳包覆作用，提高电子电导率；2.参与还原反应，充当还原剂。当碳源的加入量过低，会导致包覆不均匀，材料导电性能下降；当碳源的加入量过高，包覆层过厚，会影响锂离子嵌入嵌出，会抑制磷酸锰铁锂晶体的生长，导致颗粒过小，比表面积较大，压实密度过低，容量保持率下降，材料电性能降低。
23、在一些实施方式中，所述磷酸锰铁锂正极材料中碳含量为1.5％-5％。
24、优选地，所述磷酸锰铁锂正极材料中碳含量为1.5％-2.5％。
25、具体的，所述磷酸锰铁锂正极材料中碳含量为1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.3％、2.5％或1.5％-2.5％范围内的任意值。
26、在一些实施方式中，所述掺杂剂的加入量为加入原料总质量的0.2％-2％。
27、优选地，所述掺杂剂的加入量为加入原料总质量的0.5％-1.3％。
28、具体的，所述掺杂剂的加入量为加入原料总质量的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.3％或者0.5％-1.3％范围内的任意值。
29、本专利技术中，掺杂的主要目的在于改变晶格结构，未掺杂的磷酸锰铁锂为一维的锂离子迁移通道，需通过掺杂改变其晶格结构，改变其离子运输限制，掺杂后，能大幅提高锂离子迁移速率，从而可以提高材料的容量。当加入掺杂剂过少时，离子电导率过低，导致电性能不佳。
30、在一些实施方式中，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂或乙酸锂中的至少一种。
31、本专利技术中，所述锂源可以单独使用，也可以多种锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂正极材料的化学式为LiMnxFe1-xPO4，其中，0.5≤x≤0.9；加入的原料中，锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比为(0.95-1.1)：1；加入的原料中，铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比为(0.95-1.06)：1；所述碳源的加入量为加入原料总质量的5％-20％，优选为8％-12％；所述掺杂剂的加入量为加入原料总质量的0.2％-2％，优选为0.5％-1.3％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂或乙酸锂中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将锂源、磷源与纯水混合后，在室温下将浆料进行剪切1.5-3h；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，浆料A的粒径D50为50-500nm，优选100-150nm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述喷雾干燥的进风温度为200-220℃，排风温度为100-130℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述烧结在惰性气氛或还原性气氛下进行；烧结温度为500-800℃，优选为680-730℃；烧结过程中的升温速率为2-5℃/min；烧结时间为10-20h。
9.一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采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到。
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包含权利要求1-8中任一项所述的方法得到的磷酸锰铁锂正极材料或权利要求9所述的磷酸锰铁锂正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂正极材料的化学式为limnxfe1-xpo4，其中，0.5≤x≤0.9；加入的原料中，锂元素与铁元素、锰元素之和的摩尔比为(0.95-1.1)：1；加入的原料中，铁元素、锰元素之和与磷元素的摩尔比为(0.95-1.06)：1；所述碳源的加入量为加入原料总质量的5％-20％，优选为8％-12％；所述掺杂剂的加入量为加入原料总质量的0.2％-2％，优选为0.5％-1.3％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂或乙酸锂中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将锂源、磷源与纯水混合后，在室温下将浆料进行剪切1.5-3h；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇翔，谷晨光，罗嘉文，蔡志炬，郑保平，
申请(专利权)人：乳源东阳光新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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