一种磷酸锰铁锂前驱体及其制备方法、应用与流程

本发明涉及一种磷酸锰铁锂前驱体及其制备方法、应用，属于锂离子电池领域。

背景技术：

1、lfp(lifepo4)由于具有安全环保、循环寿命长以及工作温度范围宽的优点，被广泛用于电动工具和储能领域上，但由于其容量和工作电压低，导致能量密度低，因此，目前迫切需要研发一种能量密度更高且循环性能可以与lfp媲美的材料。

2、磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级产品，继承了橄榄石结构正极材料低成本、高安全性的优点。磷酸锰铁锂的理论容量为170mah/g，与磷酸铁锂相同，由于mn2+/mn3+放电平台高达4.1v，相比于磷酸铁锂，其能量密度可提升10％-20％。因此，磷酸锰铁锂正极材料受到了越来越广泛的关注。

3、然而目前制备的磷酸锰铁锂正极材料存在倍率性能不佳的问题，严重影响磷酸锰铁锂正极材料的使用，工艺成本较高。

技术实现思路

1、本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体，该前驱体特定的元素组成以及制备过程有利于改善二次电池的倍率性能。

2、本发明还提供一种磷酸猛铁锂前驱体的制备方法，该制备方法不仅能够得到改善二次电池倍率性能的磷酸锰铁锂前驱体，更具有工艺流程简单、容易掌控的优势。

3、本发明还提供一种磷酸锰铁锂正极材料，该正极材料特定的元素组成有利于改善二次电池的倍率性能。

4、本发明还提供一种正极片，该电极包括上述磷酸锰铁锂正极材料，该电极具有良好的倍率性能。

5、本发明还提供一种电池，该电池包括上述磷酸锰铁锂正极材料，因此具有优异的倍率性能。

6、本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体化学通式为(mnxfeymz)ob；

7、其中，2≤x+y+z≤3，3≤b≤4，0≤z≤0.02，m包括铝、镁、镍、钴、钛、铜、钙、铌、铬、锌、镧、锑、碲、锶、钨、铟、钇中的一种；

8、所述磷酸锰铁锂前驱体通过包括以下步骤的方法制备得到：

9、1)将包括锰源、铁源、纯水的混合物，加入碳酸盐沉淀剂，调整ph值为6.0-7.0，随后加入m源反应2-24h，得到沉淀物；

10、2)将所述沉淀物进行过滤洗涤，干燥处理，得到中间体；

11、3)将所述中间体在500-1200℃下处理2-16h，得到所述磷酸锰铁锂前驱体。

12、如上所述的磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体对应pdf(39-0238)卡片包括(222)晶面，所述(222)晶面的xrd衍射峰半峰宽为0.145-0.165°。

13、如上所述的磷酸锰铁锂前驱体，所述z满足0.01≤z≤0.015。

14、如上所述的磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体为类球形，d50小于10μm。

15、本发明再一方面提供一种如上所述的磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

16、1)将锰源、铁源、纯水混合，加入碳酸盐沉淀剂，调整ph值为6-7，随后加入m源，反应时间为2-24h，得到沉淀物；

17、2)将所述沉淀物进行过滤洗涤，干燥处理，得到含水率低于0.5％的中间体(mnxfeymz)co3；

18、3)将所述中间体(mnxfeymz)co3在包括氧气的环境中进行热处理，处理温度为500-1200℃，处理时间为2-16h，得到所述磷酸锰铁锂前驱体(mnxfeymz)ob。

19、如上所述的制备方法，步骤1)中，所述反应时间为6-10h。

20、如上所述的制备方法，步骤3)中，所述处理温度为800-1000℃，处理时间为6-8h。

21、本发明再一方面提供一种磷酸锰铁锂正极材料，所述磷酸锰铁锂正极材料由如上所述的磷酸锰铁锂前驱体或按照上述的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂前驱体制备得到。

22、本发明再一方面提供一种正极片，所述正极片包括上述的磷酸锰铁锂正极材料。

23、本发明再一方面提供一种电池，所述电池包括如上所述的磷酸锰铁锂正极材料。

24、本发明提供的磷酸锰铁锂前驱体包含特定摩尔组成的mn、fe以及m元素，通过对磷酸锰铁锂前驱体前驱体的制备方法进行限定，得到的磷酸锰铁锂前驱体中锰铁分布较为均匀，能够有效促进正极材料在充放电过程中的电子和离子传导性能，提高电池的倍率性能。

25、本发明的磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，采用共沉淀协同热处理的方式，通过控制沉淀剂类型以及热处理的处理时间和处理温度等因素，制备得到锰铁均匀分布的磷酸锰铁锂前驱体，使该磷酸锰铁锂前驱体用于制备磷酸锰铁锂正极材料时能够实现电子和离子的高效传导，提高电池的倍率性能。

26、本发明提供的磷酸锰铁锂正极材料由上述磷酸锰铁锂前驱体制备得到，因此该正极材料能够有效改善电池的倍率性能。

27、本发明提供的正极片包括上述磷酸锰铁锂正极材料，具有优异的倍率性能。

28、本发明提供的电池包括上述磷酸锰铁锂正极材料，具有优异的倍率性能。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体化学通式为(mnxfeymz)ob；

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体对应pdf(39-0238)卡片包括(222)晶面，所述(222)晶面的xrd衍射峰半峰宽为0.145-0.165°。

3.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述z满足0.01≤z≤0.015。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的磷酸锰铁锂前驱体，其特征在于，所述磷酸锰铁锂前驱体为类球形，d50小于10μm。

5.一种权利要求1-4中任意一项所述的磷酸锰铁锂前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述反应时间为6-10h。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述处理温度为800-1000℃，处理时间为6-8h。

8.一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由权利要求1-4中任意一项所述的磷酸锰铁锂前驱体或按照权利要求5-7中任意一项所述的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂前驱体制备得到。

9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求8所述的磷酸锰铁锂正极材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求8所述的磷酸锰铁锂正极材料。

技术总结
本发明提供一种磷酸锰铁锂前驱体及其制备方法、应用，所述磷酸锰铁锂前驱体化学通式为(Mn<subgt;x</subgt;Fe<subgt;y</subgt;M<subgt;z</subgt;)O<subgt;b</subgt;；其中，2≤x+y+z≤3，3≤b≤4，0≤z≤0.02，M包括铝、镁、镍、钴、钛、铜、钙、铌、铬、锌、镧、锑、碲、锶、钨、铟、钇中的一种；所述磷酸锰铁锂前驱体通过包括以下步骤的方法制备得到：将包括锰源、铁源、纯水的混合物，加入碳酸盐沉淀剂，随后加入M源反应得到沉淀物；将所述沉淀物进行过滤洗涤干燥处理，得到中间体；将所述中间体热处理，得到所述磷酸锰铁锂前驱体。本发明提供的磷酸锰铁锂前驱体中锰铁元素分布均匀，由该磷酸锰铁锂前驱体制备得到的磷酸锰铁锂正极材料导电性能优异，提高了电池的倍率性能。

技术研发人员：陈文,冯明燕,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：2024/8/13