[發明專利]磷酸錳鐵鋰粉體材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202010607999.1
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111710846A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 杭道金;陸君;肖天輝
• 申請（專利權）人: 上海華誼(集團)公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 朱黎明

公開了磷酸錳鐵鋰粉體材料及其制備方法和用途。所述磷酸錳鐵鋰粉體材料其包括：a)97?99.5重量％具有下式的復合材料：Li_1+x(Mn_1?y?zFe_yM_z)_a(PO₄)(SiO₃)_b，其中：0≤x≤0.1、0.1≤y≤0.45、0≤z≤0.1、0.01≤a≤0.05，并且上述b的量使得所述復合材料呈電中性；M為一種或多種選自Mg，Ca，Sc，Co，Ni和Zn的二價金屬元素；和b)0.5?3重量％的碳；該磷酸錳鐵鋰粉體材料的BET面積為5?25m³/g，粉體壓實密度為2.2?2.9g/cm³。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，磷酸錳鐵鋰，它具有高壓實的特點。本發明還涉及該種材料的制備方法。

技術背景

隨著新能源行業的發展，作為儲能裝置的鋰離子電池因其具備的高能量密度、高能量效率、長壽命、低自放電等優點，在電動汽車、儲能、電動船舶等領域，應用越來越廣泛。尤其在新能源汽車領域中，鋰離子電池逐步成為主要的儲能裝置。然而，同傳統內燃機車相比，鋰電池電動汽車的綜合性能仍有不足之處，尤其是續航里程、里程衰減、電池使用壽命和成本方面，尚無法優于或達到內燃機車的水平。

鋰離子電池的性能提升，主要通過材料進步、結構優化、成本優化等方面實現。其中，正極材料對鋰離子電池綜合性能指標有重要影響。作為新型的正極材料，磷酸錳鐵鋰因其高電壓、高安全、長壽命、低成本的特點，具有傳統正極材料所不具備的特點，而逐步受到鋰電池企業的重視。

鋰離子電池的壓實密度對電池性能有很大影響，例如壓實密度與片比容量、效率、內阻和電池循環性能有密切的關系。一般來說，壓實密度越大，電池的容量就能做得越高。因此，壓實密度也被看作材料能量密度的參考指標之一。然而，和其他橄欖石結構正極材料類似，磷酸錳鐵鋰存在壓實密度低的不足。

現有技術公開了多種磷酸錳鐵鋰材料的制造方法，例如：

CN109546140A公開了一種水/溶劑熱法制備磷酸錳鐵鋰的方法。該方法將磷源、鐵源、錳源、部分鋰源和溶劑攪拌均勻形成第一懸濁液，將剩余鋰源和溶劑攪拌均勻形成第二懸濁液，再將第一懸濁液和第二懸濁液打入反應罐混合，進行高溫高壓水/溶劑熱反應。這種方法制得的磷酸錳鐵鋰晶體具有粒徑分布高度集中，晶體完整度高，克容量大，電化學性能優異的特點，并能節約溶劑。然而水熱/溶劑熱過程會產生廢水，并且工藝成本較高。

CN1632970A公開了一種用于鋰離子電池正極材料的高密度球形磷酸鐵鋰及磷酸錳鐵鋰的制備方法。其制備方法是現將鐵源、磷源、絡合劑或在其中再加入錳源，配成水溶液，再與氨水溶液反應合成球形磷酸亞鐵銨或磷酸錳鐵銨前驅體，再與碳酸鋰以摩爾比1∶1均勻混合，在氮氣氣氛保護下，經過高溫熱處理得到磷酸鐵鋰或磷酸錳鐵鋰。用該方法所得產品，振實密度可達2.0-2.2g/cm³，室溫下首次放電比容量可達145-160mAh/g，具有高堆積密度、高體積比容量特點。然而該方法中，共沉淀及后續清洗過程會產生可觀的廢水和廢鹽，環保成本高。

CN101764203A公開了一種鋰離子電池正極材料高密度磷酸錳鐵鋰的制備方法。本發明的制備方法的主要內容是采用三價鐵為原料，與錳源、磷源、還原劑混合，加入氨水溶液反應合成磷酸錳鐵鋰的前軀體，然后再與鋰源在保護氣氛下高溫燒結，得到堆積密度高，導電性好，比容量高的磷酸錳鐵鋰粉體。該方法與CN1632970A方法類似，環保成本高。

盡管現有技術的某些方法可以制得具有較高振實密度的磷酸錳鐵鋰材料，但其最突出的問題是工藝過程不環保。

因此，本領域仍需要提供一種磷酸錳鐵鋰材料，它不僅具有改進的高壓實密度，而且其制備方法更環保。

發明內容