一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用与流程

    专利2026-02-01  5


    本发明涉及电池材料领域,尤其涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。


    背景技术:

    1、磷酸锰铁锂相比于磷酸铁锂和锰铁锂具有更高的电压平台、更高的能量密度以及更优异的低温性能;其相比于三元材料,具有更好的安全性能、更低的成本。但是,由于锰离子的存在,锰离子的姜泰勒(john-teller)效应使mn3+富集于正极颗粒表面,使mno6八面体结构扭曲,导致材料晶格畸变和结构稳定性降低,最终影响电池的循环寿命,与此同时,溶解的锰离子会在负极发生还原反应析出,对sei膜造成破坏,致使更多的活性锂在sei膜修复的过程中被消耗掉,从而进一步影响电池的循环寿命。因此,结合磷酸铁锂快速增长的市场需求量,开发长循环的磷酸锰铁锂材料已成为磷酸铁锂的市场的必然要求。


    技术实现思路

    1、本发明提供一种磷酸锰铁锂正极材料,该正极材料较于传统磷酸锰铁锂的电极材料,具有更加优异的比容量和循环性能。

    2、本发明还提供一种上述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,该制备方法能够制备得到上述磷酸锰铁锂正极材料,且工艺简单。

    3、本发明还提供一种正极极片,由于该极片包括上述磷酸锰铁锂正极材料,因此,该极片用于电池,能够提高电池的电化学性能和循环性能。

    4、本发明还提供一种电池,由于该电池包括上述正极极片,因此该电池具有较佳的电化学性能和循环性能。

    5、第一方面,本发明提供一种正极材料,所述磷酸锰铁锂正极材料的晶胞体积为晶粒尺寸为200-300nm。

    6、进一步,包括磷酸锰铁锂基材和包覆所述磷酸锰铁锂基材至少部分表面的包覆剂;所述磷酸锰铁锂基材的化学组成为life1-x-ymnxmypo4,其中,x+y<1,m为mg、co、ni、cr、zn、cu、v、ti、zr、nb中的至少一种;所述包覆剂包括碳材料和元素α,元素α为mg、co、ni、cr、zn、cu、v、ti、zr、nb中的至少一种。

    7、进一步,所述碳材料在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1-3wt%。

    8、进一步,元素m在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1000-6000ppm;所述元素α在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1000-6000ppm。

    9、进一步,当m和α相同时,m和α的摩尔比为0.5-1.5。

    10、进一步,所述磷酸锰铁锂正极材料的二次颗粒的d50为0.5-1μm。

    11、第二方面,本发明提供一种上述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,包括以下步骤:

    12、将包含锰源、铁源、锂源、磷源、m源和溶剂的一次物料体系进行一次研磨处理,待物料的d50为0.2-0.3μm,进行一次喷雾干燥处理,待物料的d50为100-150μm,松装密度为0.3-0.6g/cm3,再以1-3℃/min的升温速率升温至380-450℃,保温10-15h,进行一次烧结处理,获得前驱体;

    13、将包含前驱体、碳源、α源和溶剂的二次物料体系进行二次研磨处理,待物料的d50为0.2-0.3μm,再以1-3℃/min的升温速率升温至600-700℃,保温15-20h,进行二次烧结处理,粉碎后获得所述磷酸锰铁锂正极材料。

    14、进一步,二次研磨处理之后,进行二次喷雾干燥处理,待物料的d50为50-100μm,松装密度为0.2-0.5g/cm3,再进行升温。

    15、第三方面,本发明提供一种正极极片,包括上述磷酸锰铁锂正极材料。

    16、第四方面,本发明提供一种电池,包括上述正极极片。

    17、本发明提供的磷酸锰铁锂正极材料由于具有独特的晶格结构和组成,一方面,能够有效抑制抑制姜-泰勒效应和锰离子的溶出,从而减少锰溶出对sei膜的破坏,有效提升电池的循环性能;另一方面,由于该晶格更利于锂离子的嵌入和嵌出,因此该正极材料的本征电导性得到进一步提升,有利于改善电池体系的比容量。



    技术特征:

    1.一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的晶胞体积为晶粒尺寸为200-300nm。

    2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,包括磷酸锰铁锂基材和包覆所述磷酸锰铁锂基材至少部分表面的包覆剂;所述磷酸锰铁锂基材的化学组成为life1-x-ymnxmypo4,其中,x+y<1,m为mg、co、ni、cr、zn、cu、v、ti、zr、nb中的至少一种;所述包覆剂包括碳材料和元素α,元素α为mg、co、ni、cr、zn、cu、v、ti、zr、nb中的至少一种。

    3.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,所述碳材料在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1-3wt%。

    4.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,元素m在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1000-6000ppm;所述元素α在磷酸锰铁锂正极材料中的质量占比为1000-6000ppm。

    5.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,当m和α相同时,m和α的摩尔比为0.5-1.5。

    6.根据权利要求1-5任一所述的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的二次颗粒的d50为0.5-1μm。

    7.一种如权利要求1-6任一所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,二次研磨处理之后,进行二次喷雾干燥处理,待物料的d50为50-100μm,松装密度为0.2-0.5g/cm3,再进行升温。

    9.一种正极极片,其特征在于,包括权利要求1-6任一所述的磷酸锰铁锂正极材料。

    10.一种电池,其特征在于,包括权利要求9所述的正极极片。


    技术总结
    本发明提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用,该磷酸锰铁锂正极材料的晶胞体积晶粒尺寸为200‑300nm。由于本发明提供的磷酸锰铁锂正极材料具有独特的晶格结构,一方面,能够有效抑制姜‑泰勒效应和锰离子的溶出,从而减少锰溶出对SEI膜的破坏,有效提升电池的循环性能;另一方面,由于该晶格更利于锂离子的嵌入和嵌出,因此该正极材料的本征电导性得到提升,从而能够进一步提升组装电池的比容量。

    技术研发人员:张智鑫,孔德香,苑永,李积刚
    受保护的技术使用者:天津容百斯科兰德科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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