[发明专利]一种磷酸锰铁锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种磷酸锰铁锂及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂材料作为一种锂离子电池正极材料，与传统的钴酸锂、镍钴锰三元素材料相比，具有安全性高、寿命长等特点，在电池特别是动力电池领域已经得到大规模应用。但是该材料电压平台低，晶体密度也较低，所以能量密度较低，从而限制了其在某些场合的应用。

磷酸锰锂材料作为一种替代材料，安全性与磷酸铁锂接近，电压平台比磷酸铁锂高出约20％，并且与镍钴锰三元素材料接近，单独使用或是与镍钴锰三元素材料混用都可以大幅提高正极的能量密度。

磷酸锰锂材料的劣势是导电性很差，其电子电导率甚至比磷酸铁锂还要低两个量级，因此，虽然其理论容量达到171mAh/g，但实际容量却大致在100mAh/g左右，远低于其理论容量。对磷酸锰锂进行铁混晶改性，能够明显提高材料的电化学性能，例如，20％或者30％摩尔比的锰用铁替代后，得到的磷酸锰铁锂材料实际容量可达到140mAhg/g以上。但是相对磷酸铁锂材料仍然有很大的差距。且除此之外，现有磷酸锰铁锂材料的倍率充放电性能也比较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种磷酸锰铁锂及其制备方法，本发明的磷酸锰铁锂具有高的容量以及优异的倍率充放电性能。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种磷酸锰铁锂，所述磷酸锰铁锂为碳包覆磷酸锰铁锂，碳含量为3-6wt％，容量为140-160mAh/g，0.5C/0.1C恒流充电比为85-95％，3C/0.5C恒流放电比为90-98％。

优选地，所述磷酸锰铁锂的碳含量为4.5-5.5wt％，容量为150-160mAh/g，0.5C/0.1C恒流充电比为90-95％，3C/0.5C恒流放电比为95-98％。

第二方面，本发明提供了一种磷酸锰铁锂的制备方法，该方法包括：

(1)将锂源、可溶性锰源、可溶性铁源、可溶性磷源、碳源和分散剂混合，得到第一前驱体浆料；

(2)将第一前驱体浆料进行第一干燥处理，得到第一前驱体颗粒；

(3)在惰性气氛保护下，将第一前驱体颗粒进行第一热处理，得到第二前驱体颗粒；

(4)将第二前驱体颗粒、碳源和分散剂混合，研磨，得到第二前驱体浆料，其中，控制研磨过程中的输入能量密度不小于10kwh/千克第二前驱体颗粒；

(5)将第二前驱体浆料进行第二干燥处理，得到第三前驱体颗粒；

(6)在惰性气氛保护下，将第三前驱体颗粒进行第二热处理，得到碳包覆磷酸锰铁锂。

优选地，步骤(4)中，控制碳源的加入量使得步骤(6)得到的碳包覆磷酸锰铁锂的碳含量比步骤(3)得到的第二前驱体颗粒的碳含量增加至少3％，进一步优选增加3-5％。

第三方面，本发明提供了上述方法制备得到的磷酸锰铁锂。

本发明的方法通过一系列纳米化工艺，提高了磷酸锰铁锂材料的导电性，得到了高容量以及具有优异倍率充放电性能的磷酸锰铁锂材料。根据一种优选的实施方式，本发明选用可溶性锰源、可溶性铁源、可溶性磷源，通过快速干燥，保证了扩散系数低的锰、铁、磷酸根在原子或者分子水平处于均匀状态，从而有利于保证最终产物的电化学性能。通过在第二前驱体颗粒中添加高碳源量，以及优选地施加高能研磨，进一步促成了最终产物晶粒的纳米化，缩短了电子传输距离，从而保证了其具有高容量以及优异的倍率充放电性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的磷酸锰铁锂的扫描电镜图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

第一方面，本发明提供了一种磷酸锰铁锂，所述磷酸锰铁锂为碳包覆磷酸锰铁锂，碳含量为3-6wt％，容量为140-160mAh/g，0.5C/0.1C恒流充电比为85-95％，3C/0.5C恒流放电比为90-98％。