一种磷酸锰铁锂材料的制备方法、磷酸锰铁锂材料及锂离子电池与流程

本发明涉及电池，更具体地，尤其涉及一种磷酸锰铁锂的制备方法，该制备方法制得的磷酸锰铁锂材料，以及该磷酸锰铁锂材料的应用。

背景技术：

1、作为当前综合性能最优异的二次电池代表，锂离子电池的商业化最早可以追溯至20世纪90年代，经过多年的研究，磷酸锰铁锂材料成为目前锂离子电池领域中性能较好的一种技术路线。

2、常规的磷酸锰铁锂及其前驱体的制备方法包括高温固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法等，采用常规单一的制备方法，制得的前驱体或磷酸锰铁锂材料压实密度较低，导致应用于正极材料及相应的电池的电化学比容量较低，不能满足高性能应用需求。

3、目前已知的采用前驱体二级配方式制备磷酸锰铁锂材料的方案，然而该方案新增了研磨工艺制备不同粒径颗粒前驱体，工艺复杂度提高，并且材料的元素均匀度不能保证，实际上仍然不能实际获得满足高性能要求的磷酸锰铁锂材料。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，磷酸锰铁锂材料及锂离子电池。通过本发明提供的制备方法，采用不同金属元素与磷元素的摩尔比制备形成粒径不同、高均匀性的前驱体，进而制备形成级配结构稳定且元素均匀的磷酸锰铁锂材料。同时，该磷酸锰铁锂材料的制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括：

3、s10、按照至少两个不同的金属与磷的摩尔比，液相共沉淀法分别制备至少两组磷酸亚锰铁前驱体，对磷酸亚锰铁前驱体分别置于惰性气氛下烧结，去除结晶水，得到至少两组无水磷酸亚锰铁前驱体；

4、s20、按照一定比例，将所述至少两组无水磷酸亚锰铁前驱体、锂源、碳源、掺杂剂和去离子水混合，进行搅拌分散、湿法研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，得到所述磷酸锰铁锂材料。

5、优选地，所述步骤s10具体包括：按照金属与磷的第一摩尔比及第二摩尔比，液相共沉淀法分别制备两组磷酸亚锰铁前驱体，对磷酸亚锰铁前驱体分别置于惰性气氛下烧结，去除结晶水，得到两组无水磷酸亚锰铁前驱体；所述第一摩尔比与第二摩尔比不相等；

6、所述步骤s20具体包括：按照一定比例，将所述两组无水磷酸亚锰铁前驱体、锂源、碳源、掺杂剂和去离子水混合，进行搅拌分散、湿法研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，得到所述磷酸锰铁锂材料。

7、优选地，所述第一摩尔比在1.40-1.455，所述第二摩尔比在1.46-1.495。

8、优选地，所述步骤s20中，所述两组无水磷酸亚锰铁前驱体的质量比在1:9-9:1。

9、优选地，所述磷酸亚锰铁前驱体的惰性气氛包括氮气或氩气中的至少一种，所述磷酸亚锰铁前驱体的烧结条件为350℃-650℃、烧结时间为2h-6h；及/或，

10、所述锂源包磷酸锂；优选地，锂元素与锰铁元素之和的摩尔比在1.01-1.08；及/或，

11、所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、果糖、麦芽糖、环糊精、柠檬酸，聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙三醇中的至少一种；优选地，所述碳源的加入量满足所述磷酸锰铁锂材料的碳含量在1.0％-2.0％；及/或，

12、所述掺杂剂包括二氧化钛、偏钒酸铵、五氧化二钒、五氧化二铌、无水醋酸镁、氧化镁中的至少一种；优选地，所述掺杂金属阳离子占所述磷酸锰铁锂材料的质量百分比在200ppm-8000ppm。

13、优选地，所述步骤s20中，所述湿法研磨过程后物料的d50在0.2μm-0.8μm。

14、优选地，所述步骤s20中，所述喷雾干燥过程的喷雾进风温度在200℃-280℃，出风温度在90℃-120℃。

15、优选地，所述步骤s20中，所述烧结过程的烧结温度在700℃-800℃，烧结时间在6h-14h。

16、第二方面，本发明实施例还提供了一种磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料由上述第一方面所述的制备方法制得。

17、第三方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：由上述第二方面所述的磷酸锰铁锂材料制得的电池正极。

18、本发明实施例提供的磷酸锰铁锂材料的制备方法，采用不同的金属元素与磷元素的摩尔比及液相共沉淀法制备不同的前驱体，制备的前驱体至少具有不同的粒径范围，再将不同的前驱体混合后制备得到磷酸锰铁锂材料，不同的前驱体级配结合紧实，实现高压实密度，同时前驱体本身具有良好的元素均匀性，使制得的磷酸锰铁锂材料中同样地元素均匀分布，从而获得优良的电化学性能；将磷酸锰铁锂材料作为正极材料进一步制得的锂离子电池，也能够获得优良性能。同时，该制备方法的工艺流程简洁、设备需求低，适于大规模工业生产中应用。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s10具体包括：按照金属与磷的第一摩尔比及第二摩尔比，液相共沉淀法分别制备两组磷酸亚锰铁前驱体，对磷酸亚锰铁前驱体分别置于惰性气氛下烧结，去除结晶水，得到两组无水磷酸亚锰铁前驱体；所述第一摩尔比与第二摩尔比不相等；

3.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一摩尔比在1.40-1.455，所述第二摩尔比在1.46-1.495。

4.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s20中，所述两组无水磷酸亚锰铁前驱体的质量比在1:9-9:1。

5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸亚锰铁前驱体的惰性气氛包括氮气或氩气中的至少一种，所述磷酸亚锰铁前驱体的烧结条件为350℃-650℃、烧结时间为2h-6h；及/或，

6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s20中，所述湿法研磨过程后物料的d50在0.2μm-0.8μm。

7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s20中，所述喷雾干燥过程的喷雾进风温度在200℃-280℃，出风温度在90℃-120℃。

8.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s20中，所述烧结过程的烧结温度在700℃-800℃，烧结时间在6h-14h。

9.一种磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：由权利要求9所述的磷酸锰铁锂材料制得的电池正极。

技术总结
本发明提供一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括：按照至少两个不同的金属与磷的摩尔比，液相共沉淀法分别制备至少两组磷酸亚锰铁前驱体，对磷酸亚锰铁前驱体分别置于惰性气氛下烧结，去除结晶水，得到至少两组无水磷酸亚锰铁前驱体；按照一定比例，将所述至少两组无水磷酸亚锰铁前驱体、锂源、碳源、掺杂剂和去离子水混合，进行搅拌分散、湿法研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，得到所述磷酸锰铁锂材料，材料级配结合紧密，压实密度高，电化学性能优良。工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。本发明还提供了制备的磷酸锰铁锂材料及其锂离子电池。

技术研发人员：程光春,夏亚平,朱曼玲,王凯,孙杰,何中林,何健豪
受保护的技术使用者：湖北融通高科先进材料集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6