[發明專利]一種碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210579213.9
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114804056B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 江南;劉海娟;魏義華;何健豪;孫杰;何中林
• 申請（專利權）人: 湖北融通高科先進材料集團股份有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B32/05;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583
• 代理公司: 深圳市弘為力創知識產權代理事務所(普通合伙) 44751
• 代理人: 康曉春

本發明公開了一種碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法和應用。本發明所述制備方法包括：無水前驅體的制備、結晶水的去除、噴霧干燥、燒結、氣流粉碎這五個主要步驟。本發明采用共沉淀法合成的前驅體作為錳源和鐵源，保證了最終合成的磷酸錳鐵鋰材料的物相均一性；又利用前驅體與磷酸鋰混合均勻性高的特點，保證了物料在燒結后的純度；同時，本發明在制備過程中對前驅體去除結晶水的前處理，避免了物料在燒結時的硬團聚以及燒結時對碳包覆的影響，顯著提高了最終制備得到的碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料的電化學性能。因此，本發明在磷酸錳鐵鋰材料領域中有著良好的發展和應用前景。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、額定電壓高、安全性高等優點，廣泛應用于各種電子產品當中。

其中，磷酸錳鐵鋰電池的性能尤為突出，但目前制備磷酸錳鐵鋰材料的工藝還有很大的上升空間，現今最常見的制備方法是在現有磷酸鐵制備磷酸鐵鋰工藝路線基礎上，在濕法研磨階段按比例加入磷酸鐵、二氧化錳、磷酸二氫銨、碳酸鋰以及碳源，研磨至一定粒徑后再進行噴霧干燥、氣氛燒結、粉碎，即可獲得磷酸錳鐵鋰正極材料。但此制備方法對二氧化錳要求高，一般需要電解級及以上才能達到高純度和低雜質含量要求，并對顆粒形貌有較高要求(一次顆粒小、易研磨分散)；而且由于磷酸鐵與二氧化錳在顆粒形貌以及松散程度上存在差異，就算進行濕法研磨也很難達到均勻混合的效果，其相應的對最終生成的磷酸錳鐵鋰成品物相均一性造成影響，無法體現磷酸錳鐵鋰相較于磷酸鐵鋰材料的性能優勢。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法和應用。所述碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料擁有更好的物相均一性以及更加顯著的電化學性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將共沉淀法合成的前驅體置于N₂氣氛下進行燒結，去除結晶水，得到無水前驅體；

(2)將步驟(1)中所得無水前驅體以及磷酸鋰、補充劑充分混合，得到物料a，然后向物料a中加入有機碳源、摻雜劑和去離子水，再依次進行攪拌分散、濕法研磨，得到物料b；

(3)將步驟(2)中所得物料b進行噴霧干燥，得到物料c；

(4)將步驟(3)中所得物料c置于N₂氣氛下進行燒結，得到物料d；

(5)將步驟(4)中所得物料d進行氣流粉碎，得到碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料。

優選的，步驟(1)中，所述前驅體為(Mn_xFe_1-x)₂(PO₄)₃·yH₂O，其中，0.5x0.8，0≤y≤8。

優選的，步驟(1)中，所述燒結的溫度為450～650℃、燒結的時間為2～4h、燒結的壓力為50～200Pa。

優選的，步驟(2)中，所述物料a中(Fe+Mn)/P的摩爾比控制在0.96～0.99，Li/(Fe+Mn)的摩爾比控制在1.02～1.05。

優選的，步驟(2)中，所述有機碳源加入的量使得最終制備得到的碳包覆的高容量磷酸錳鐵鋰材料中的碳含量為1.5～2.0％。

優選的，步驟(2)中，所述摻雜劑加入的量為無水前驅體中Fe+Mn摩爾含量的0～1.0％。

優選的，步驟(2)中，所述有機碳源為葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或多種。

優選的，步驟(2)中，所述摻雜劑為Ti、V、Nb、Mg中的一種或多種。