[發明專利]一種磷酸鹽正極材料前驅體、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202111446175.1
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114212764B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 劉峰瑋;張衛東;張煒;林玲鑫
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 陳槐萱

本發明提供一種磷酸鹽正極材料前驅體、其制備方法及應用，涉及鋰電池技術領域。該磷酸鹽正極材料前驅體化學組成為Mnsubgt;1?x?y?/subgt;subgt;q/subgt;Cosubgt;x/subgt;Nisubgt;y/subgt;Msubgt;q/subgt;HPOsubgt;3/subgt;(OH)·ZHsubgt;2/subgt;O，其中，x0；y0；0.02≦x+y≦0.1；0≦q0.06；1≦Z≦2；M為摻雜元素，選自IA族、IIA族、VIII族、IIIA族和副族元素中的一種或多種元素，且M不為Mn、Co或Ni。預先獲得磷酸鹽正極材料前驅體，該前驅體中的有效金屬分布均勻。通過該前驅體獲得正極材料形貌均一度高，制備過程污染小，易于批量生產。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，且特別涉及一種磷酸鹽正極材料前驅體、其制備方法及應用。

背景技術

隨著對電動汽車和混合動力汽車的需求不斷加劇，鋰離子電池正極材料得到快速發展。目前，鋰離子電池正極材料的核心代表為磷酸鐵鋰、三元材料和鈷酸鋰材料。而其中的磷酸鐵鋰正極材料憑借循環性能好，材料來源廣泛等優點，被認為是今后電動汽車首選的正極材料。但是，相比于磷酸鐵鋰材料，磷酸錳鋰材料具有更高的電壓平臺和理論容量，被認為是已經商業化了的正極材料最具前景的替代品。

然而，磷酸錳鋰正極材料的制備過程通常為先將鋰源、錳源和磷酸鹽進行反應，生成磷酸錳鋰前驅體，然后再將磷酸錳鋰前驅體與碳源混合進行煅燒，得到磷酸錳鋰正極材料。在制備過程中容易導致錳元素在正極材料中分布不均以及磷酸鹽(例如磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨等)在反應過程容易產生氨氣等不良反應物。此外，磷酸錳鋰材料本身存在長時間循環后容量衰退嚴重以及倍率性能差等問題，這些問題極大地限制了其應用與發展。

發明內容

為了克服上述缺陷，本發明提供一種磷酸鹽正極材料前驅體、其制備方法和應用。

本發明的第一方面提供一種磷酸鹽正極材料前驅體，其化學組成為Mn_1-x-y-qCo_xNi_yM_qHPO₃(OH)·ZH₂O，其中，x0；y0；0.02≦x+y≦0.1；0≦q0.06；1≦Z≦2；M為摻雜元素，選自IA族、IIA族、VIII族、IIIA族和副族元素中的一種或多種元素，且M不為Mn、Co或Ni。

進一步地，在公開的一個實施例中，0.02≦x+y≦0.05。

進一步地，在公開的一個實施例中，所述M選自中Al、Mg、Ti、V和B的一種或多種。

本發明的第二方面提供如上所述的磷酸鹽正極材料前驅體的制備方法，包括：

S1，將陽離子源和磷酸根水溶液混合，得到混合溶液，其中，所述陽離子源包括Mn源、Co源、Ni源和M源；

S2，將所述混合溶液在50～90℃條件下反應，得到反應液；

S3，對所述反應液進行有機溶劑萃取，分離得到沉淀物，所述沉淀物洗滌、干燥得到所述磷酸鹽正極材料前驅體。

進一步地，在公開的一個實施例中，步驟S1中，所述陽離子源和磷酸根的摩爾比為1：1～4；所述磷酸根水溶液為磷酸和純水的混合液，其中，每摩爾磷酸與50～250g純水混合獲得所述磷酸根水溶液。

進一步地，在公開的一個實施例中，步驟S2中，反應時間為2～24h。

進一步地，在公開的一個實施例中，步驟S3中，所述有機溶劑選自石油醚、己烷、氯仿和四氯化碳中的一種或多種。

進一步地，在公開的一個實施例中，步驟S3中，還對干燥后的所述磷酸鹽正極材料前驅體進行破碎處理，破碎后的顆粒粒徑D50為0.5～10μm。