一种高压实磷酸铁锰锂的制备方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池加工的技术领域，特别是一种高压实磷酸铁锰锂的制备方法的技术领域。
【【背景技术】】
[0002]随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，各国对能源的需求日益增大，而传统化石能源(煤、石油、天然气)的减少和地球环境的日益恶化，成为了人类生存发展的两大障碍，寻找新能源，开发节能环保的能源储存转换装置成为各国研究的热点课题之一。电池作为一种化学能和电能相互转化的器件，是合理利用能源的重要媒介，社会的进步使得开发绿色、高能、安全的电源成为了一种迫切需求。在众多的二次电池中，锂离子二次电池(Lithium-1on battery,简称LIB)自诞生之初便凭借其无法比拟的性能成为了全球广泛关注的焦点。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它不仅作为电极材料参与电化学反应，而且是锂离子的提供者。由于正极材料的密度远高于负极材料，因此正极材料比容量对电池比容量的影响更大，且正极材料约占锂离子电池成本的40%左右。因此，正极材料的性能和价格等是制约锂离子电池进一步向高能量、长寿命和低成本发展的瓶颈。
[0003]LiMP04(M = Fe、Mn、Co和Ni)系列电极材料属于聚阴离子型化合物，与普通氧化物电极材料的结构完全不同，因而，具有独特的电化学性能。这类电极材料近年来引起了众多研究人员的极大兴趣，其中，1^?#04是目前的研究热点之一，它的理论容量约为170mAh/g，但其相对于Li+/Li的电极电势仅为3.4V。LiCoP04和LiNiP04的电压平台分别在4.8和5.1V，超出了现有锂离子电池电解液能承受的范围，研究发现，这些材料中LiMnP04相对于Li+/Li的电极电势为4.1V，适用于现有锂离子电解液，然而该材料的本征电导率极低，比磷酸铁锂还要低2-3个数量级。针对以上问题，有学者提出了兼具LiFePOjP LiMnPO 4的LiFea5+xMna5xP04，该种材料具有高克容量和高电压平台，同时本征电导率也大大高于LiMnP04O锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。LiFea5+xMna5 xP0^aB体中的P_0键非常牢固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样发生晶格崩塌或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。为了迎接绿色出行，国家大力推动电动汽车的发展，而电动汽车用动力锂离子电池要求兼具高能量密度和高安全性。
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【发明内容】
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[0004]本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种高压实磷酸铁锰锂及其制备方法，能够使磷酸铁锰锂材料为正极制成的锂离子电池兼具高能量密度和高安全性的优点，使用寿命长，利于推广应用。
[0005]为实现上述目的，本发明提出了一种高压实磷酸铁锰锂，其化学分子式为LiFe0 5+χΜη0 5 ΧΡ04，0.1 < χ < 0.4。
[0006]本发明一种高压实磷酸铁锰锂的制备方法，其制备方法依次包括以下步骤:
[0007]步骤一:生料混合:将锂盐、铁盐、锰盐、含磷化合物、碳源按1-1.1:0.5-0.9:0.1-0.5:1:0.03-0.1的摩尔比称取，并采用行星式球磨机碾磨混合，得到前驱体；
[0008]步骤二:压片，烧结:使用压片机对步骤一制备的前驱体进行压制，将压制好的前驱体于混有微量氢气的氩气环境中进行一次低温200-350°C烧结，持续烧结3-5h ;
[0009]步骤三:二次压片，烧结:将步骤二制备的一次烧结的磷酸铁锰锂半成品粉碎，同时掺入一定比例的掺杂添加剂和溶剂，倒入砂磨机进行湿法混合分散，然后进行喷雾干燥，对得到的粉体进行压片和二次中温450-600°C烧结，持续烧结3-5h ;
[0010]步骤四:对步骤三中制备的磷酸铁锰锂半成品粉碎处理，再次进行压片，进行最后一次高温700-900 °C烧结，持续烧结6-10h ;
[0011]步骤五:将高温烧结的产品进行粉碎处理，得到一定细度的磷酸铁锰锂材料，最后过筛、除铁即可得到最终产品。
[0012]此方法中，制备过程包括以下步骤:将锂盐、铁盐、锰盐、含磷化合物、碳源按
1.1:0.8:0.2:1:0.06的摩尔比称取，并采用行星式球磨机碾磨混合，得到前驱体；使用压片机对前驱体进行压制，将压制好的前驱体于混有微量氢气的氩气环境中进行一次低温250°C烧结，持续烧结5h ;将一次烧结的磷酸铁锰锂半成品粉碎，同时掺入一定比例的掺杂添加剂和溶剂，倒入砂磨机进行湿法混合分散，然后进行喷雾干燥，对得到的粉体进行压片和二次中温500°C烧结，持续烧结5h ;对磷酸铁锰锂半成品粉碎处理，再次进行压片，进行最后一次高温800°C烧结，持续烧结8h ;将高温烧结的产品进行粉碎处理，得到一定细度的磷酸铁锰锂材料，最后过筛、除铁即可得到最终产品。
[0013]此方法中，制备过程包括以下步骤:将锂盐、铁盐、锰盐、含磷化合物、碳源按1:0.6:0.4:1:0.03的摩尔比称取，并采用行星式球磨机碾磨混合，得到前驱体；使用压片机对前驱体进行压制，将压制好的前驱体于混有微量氢气的氩气环境中进行一次低温200°C烧结，持续烧结5h ;将一次烧结的磷酸铁锰锂半成品粉碎，同时掺入一定比例的掺杂添加剂和溶剂，倒入砂磨机进行湿法混合分散，然后进行喷雾干燥，对得到的粉体进行压片和二次中温450°C烧结，持续烧结4h ;对磷酸铁锰锂半成品粉碎处理，再次进行压片，进行最后一次高温800°C烧结，持续烧结7h ;将高温烧结的产品进行粉碎处理，得到一定细度的磷酸铁锰锂材料，最后过筛、除铁即可得到最终产品。
[0014]此方法中，制备过程包括以下步骤:将锂盐、铁盐、锰盐、含磷化合物、碳源按
1.1:0.9:0.1:1:0.1的摩尔比称取，并采用行星式球磨机碾磨混合，得到前驱体；使用压片机对前驱体进行压制，将压制好的前驱体于混有微量氢气的氩气环境中进行一次低温350°C烧结，持续烧结5h ;将一次烧结的磷酸铁锰锂半成品粉碎，同时掺入一定比例的掺杂添加剂和溶剂，倒入砂磨机进行湿法混合分散，然后进行喷雾干燥，对得到的粉体进行压片和二次中温600°C烧结，持续烧结5h ;对磷酸铁锰锂半成品粉碎处理，再次进行压片，进行最后一次高温900°C烧结，持续烧结10h ;将高温烧结的产品进行粉碎处理，得到一定细度的磷酸铁锰锂材料，最后过筛、除铁即可得到最终产品。
[0015]本发明的有益效果:本发明能够使磷酸铁锰锂材料为正极制成的锂离子电池兼具高能量密度和高安全性的优点，使用寿命长，利于推广应用。
[0016]本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。 【【具体实施方式】】
[0017]本发明一种高压实磷酸铁锰锂，其化学分子式为LiFea5+xM%5 XP04，0.1 ^ x ^ 0.4o
[0018]本发明一种高压实磷酸铁锰锂的制备方法，其制备方法依次包括以下步骤:
[0019]步骤一:生料混合:将锂盐、铁盐、锰盐、含磷化合物、碳源按1-1.1:0.5-0.9:0.1-0.5:1:0.03-0.1的摩尔比称取，并采用行星式球磨机碾磨混合，得到前驱体；
[0020]步骤二:压片，烧结:使用压片机对步骤一制备的前驱体进行压制，将压制好的前驱体于混有微量氢气的氩气环境中进行一次低温200-350°C烧结，持续烧结3-5h ;
[0021]步骤三:二次压片，烧结: