[發明專利]一種磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010674788.X
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111564622A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 孫學磊;郭鑫;周翠芳;曹干順;陳挺嫻;周建中;李明鈞;孫偉
• 申請（專利權）人: 天能帥福得能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌合達信知識產權代理事務所(普通合伙) 36142
• 代理人: 陳龍

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種磷酸錳鐵鋰正極材料，所述磷酸錳鐵鋰正極材料具有碳包覆LiMn_1?XFe_XPO₄/C的結構，其中，0.1x≤0.5，C表示與化合物LiMn_1?XFe_XPO₄交聯的包覆碳，所述包覆碳的質量分數為0.5~3%。制備方法，包括如下步驟：S1.將磷酸鐵、錳源、鋰源、磷源、碳源混合，并加入溶劑進行球磨，形成前驅體漿料；S2.將上述前驅體漿料干燥，形成前驅體粉末；S3.保護性氣氛中燒結上述前驅體粉末，冷至室溫后研磨過篩，形成磷酸錳鐵鋰正極材料。本發明制備的磷酸錳鐵鋰材料改善了材料的導電性，可以實現較大倍率的充電和放電，容量高，循環性能好，性價比高，適合大規模生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、能快速充放電、自放電率很低、使用溫度范圍寬、不含有毒有害重金屬元素等優點，所以應用范圍在近些年不斷擴展，包括作為新能源車輛動力電池和電網儲能電池也已經有了批量應用。

鋰離子電池的性能因所采用的正極材料不同而會有明顯的差異，目前可選擇的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰等幾種。其中層狀結構的鈷酸鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰）的原料成本高，電池安全性較差。尖晶石錳酸鋰成本低，安全性好，但循環性能尤其是高溫循環性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲存性能差。

具有橄欖石結構的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）材料具有原料來源豐富、循環性能好、安全性好等優點，尤其適用于汽車動力電池和大型儲能電池。但是磷酸鐵鋰的放電電壓平臺比較低，實際容量發揮目前也已接近理論值，這決定了其能量密度不能再有大的提升。正是在這樣的背景下，磷酸錳鐵鋰材料應運而生。與磷酸鐵鋰相比，同為橄欖石結構的磷酸錳鐵鋰（LiMn_1-xFe_xPO₄）具有4.0V左右的高電位和幾乎相同的理論容量，在同等容量發揮的條件下，磷酸錳鐵鋰電池的能量密度將比磷酸鐵鋰電池提高近20%，因此，有望成為更具競爭力的新一代正極材料。磷酸錳鐵鋰LiMn_1-xFexPO₄（0x1）是在對磷酸錳鋰（LiMnPO₄）進行改進的基礎上發展而來的，而單一的LiMnPO₄幾乎為絕緣體，所以磷酸錳鐵鋰材料的導電性也很差，為了使材料的電化學性能充分發揮出來，需要在制備方法上進行改進和優化。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，以得到電化學性能優良的磷酸錳鐵鋰正極材料。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種磷酸錳鐵鋰正極材料，所述的磷酸錳鐵鋰正極材料具有碳包覆LiMn_1-XFe_XPO₄/C的結構，其中，0.1x≤0.5，C表示與化合物LiMn_1-XFe_XPO₄交聯的包覆碳，所述包覆碳的質量分數為0.5~3%。

基于一個總的發明構思，本發明的另一個目的在于提供上述磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1.將磷酸鐵、錳源、鋰源、磷源、碳源混合，并加入溶劑進行球磨，形成前驅體漿料；其中，所述溶劑為水、乙醇中的一種或兩種的混合；

S2.將球磨后的上述前驅體漿料干燥，形成前驅體粉末；

S3.在保護性氣氛中燒結上述前驅體粉末，冷至室溫后研磨過篩，形成磷酸錳鐵鋰正極材料。

較佳地，球磨形成前驅體漿料的步驟包括：