[发明专利]一种高压实磷酸铁锰锂正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高压实磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，此方法1）使用铁源与磷源混合，通过控制反应过程pH、反应时间及温度、干燥时间及温度，制备不同粒径及压实的磷酸铁中间体；2）将选中的锰源、铁源、磷源按照配比进行混合，然后控制反应过程pH、反应时间及温度、干燥时间及温度，制备不同粒径及压实的磷酸铁锰中间体；3）然后根据压实需求，将不同粒径及压实的磷酸铁、磷酸铁锰中间体进行混合，砂磨，煅烧，粉碎，得到所需压实密度的磷酸铁锰锂正极材料。本发明，极大的提高原料的利用率，减少报废发生；合成制备的高压实磷酸铁锰锂正极材料最高压实密度可达3.0g/cm³，极大的提高了克容量。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，是一种新型的制备高压实的磷酸铁锰锂正极材料方法。具体为先通过制备不同粒径及压实密度的磷酸铁、磷酸铁锰中间体，然后将大颗粒与小颗粒进行组合，制备出高压实的纳米级磷酸铁锰锂材料。本发明为规模化磷酸铁锰锂的生产提供便利条件，为锂离子电池的制备提供可靠的正极材料。

技术背景

磷酸锰铁锂电池，具有4.1V和3.5V两个放电平台，理论克容量为170mAh/g，与其它的锂离子电池相比，具有原材料资源丰富、价格低廉、热稳定性好、循环寿命长以及环境友好等优点。与磷酸铁锂电池相比，具有更高的放电平台和材料稳定性；与钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、镍酸锂（LiNiO₂）、三元素材料（LiNi_0.3Co_0.3Mn_0.3O₂）相比，磷酸铁锰锂电池的循环性能、低温性能、安全性能、性价比等方面较为突出；因此磷酸铁锰锂电池得到商业重视，已有多家厂商进行针对性研究，且在新能源汽车方面得到广泛应用。

作为磷酸铁锰锂电池的核心材料，磷酸铁锰锂正极材料自然受到多方研究。磷酸铁锰锂通式为LiMn_xFe_1-xPO₄，结构简式为LMFP，它是一种橄榄石结构的晶体，Li⁺离子可以在晶体中嵌入、脱出，实现锂离子电池的充放电，并由于其独特的结构，在锂离子嵌入、脱出的过程中，能够维持晶型的稳定，具有很好的稳定性，从而保证磷酸铁锰锂电池的安全性和高循环性；但另一方面目前市售的传统磷酸铁锰锂的普遍压实密度在2.1～2.2g/cm³、克容量在135～150mAh/g之间，这对于急需要提升能量密度的动力电池厂商而言不能满足要求，因而更高性能的磷酸铁锰锂正极材料的研发势在必行。

提高磷酸铁锰锂电池能量密度的一个好的解决办法是提高正极材料的压实密度，现在市场上普遍的方法是在生产时采用三段压实煅烧法，这极大的增加了工艺的复杂性、过程的不可控性和能源的浪费、成本的增加。为了提高大规模生产时的磷酸铁锰锂正极材料的能量密度，可从以下几个方面进行考虑：1、大幅度提高磷酸铁锰锂的导电性能，减少电阻，使倍率性能与低温性能得到同步的提高；2、提高磷酸铁锰锂正极材料的压实密度；3、改善Fe/Mn配比，寻求更好的材料配比；4、改善磷酸铁锰锂微观形貌，改善晶体晶型。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种高压实磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，是先预制出不同颗粒大小的磷酸铁、磷酸铁锰中间体，以此为原料，通过与锂源、碳源煅烧得到高压实磷酸铁锰锂正极材料，为锂离子电池的制备提供了很好的原材料。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种高压实磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A）、将可溶性铁源、磷酸盐溶于水中，使用氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙中的一种或多种调节pH1.0-3.0，反应温度30-90℃，然后加入过氧化氢进行氧化，反应2-3h，过滤，将滤饼在75℃-90℃环境下干燥10-12h，得到粒径分布为10-600nm、压实密度1.96g/cm³-2.18g/cm³的纳米级球形或类球形形貌的磷酸铁（III）中间体；