一种磷酸锰铁锂材料的制备方法及其应用与流程

1.本发明属于磷酸锰铁锂材料制备技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂材料的制备方法及其应用。


背景技术：

2.磷酸锰铁锂作为高电压型磷酸盐材料，是磷酸盐材料磷酸铁锂的升级产品，在同等容量发挥下，磷酸锰铁锂电池的能量密度可以比磷酸铁锂电池提高20％左右。在磷酸锰铁锂制备中，利用铁源、锰源、磷源和锂源混合后，利用砂磨机粉碎颗粒到纳米尺寸，但使用的高能球磨固相方法能耗较高，生产效率低，且得到的颗粒均匀性差。
3.经检索，中国专利文件，申请号为202111489423.0，公开了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，该发明通过掖制反应物加入速度，高速搅拌和温度挽制，调节成核和生长速度，形成均匀的纳米颗粒；然后利用掺杂元索、碳源、磷酸二氢铵、碳酸锂与铁锰化合物沉淀前驱体混合、高温烧结得到有元索掺杂的磷酸锰铁锂正极材料；该发明通过共沉淀法形成的颗粒形状和粒度均匀，且相比现有高能球磨固相方法能耗较低，生产效率高。但仍存在以下缺陷：
4.通过上述方法制备的磷酸锰铁锂材料的电极离子传导率差，不适宜大电流的充放电，从而在应用方面受阻，因此我们需要提出一种磷酸锰铁锂材料的制备方法及其应用来解决上述存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种磷酸锰铁锂材料的制备方法及其应用，通过该方法制备的磷酸锰铁锂材料的电极离子传导率得到一定的提高，适宜大电流的充放电，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括如下步骤：
8.s1、准备配料，配料包括：磷酸铁、碳酸锂、去离子水、二价铁盐和二价锰盐；
9.s2、将磷酸铁和碳酸锂称重后加入磁力搅拌式水热釜内，再在混合罐内加入去离子水充分搅拌混合，得到第一混合溶液；
10.s3、将二价铁盐和二价锰盐加入混合罐内，再混合罐内加入去离子水充分搅拌混合，得到第二混合溶液；
11.s4、将第二混合溶液加入第一混合溶液中继续混合搅拌，磁力搅拌式水热釜升温至180℃-240℃反应15-18h，得到第三混合溶液；
12.s5、将第三混合溶液装入不锈钢匣钵内，将不锈钢匣钵放置在烘干房内进行65℃-75℃温度下干燥6-7h，得到固体混合物；
13.s6、将固体混合物从不锈钢匣钵内取出转入回转炉内进行750
±
20℃烧结6h-10h，得到固体物；
14.s7、将固体物使用研磨机进行研磨，再将研磨后的粉末进行筛选过滤，得到的细颗粒物为磷酸锰铁锂材料。
15.优选的，步骤s1中所述磷酸铁在使用时需进行烘干和研磨，在烘干时将磷酸铁置于不锈钢容器中，再将不锈钢容器放入烘干室内进行220℃
±
10℃干燥6-7h，将干燥后的磷酸铁降温后使用研磨机进行研磨，具体研磨时选取碳酸锂与蔗糖和纯水进行混合研磨得到混合浆料，碳酸锂、蔗糖和纯水的比例为1：1：2，再将混合浆料使用分散机分散后使用喷雾干燥设备进行干燥后得到的颗粒物。
16.优选的，所述碳酸锂为无色单斜晶系结晶或白色粉末，密度为2.11g/cm3，熔点为723℃，溶于稀酸，微溶于水，不溶于醇和丙酮。
17.优选的，步骤s2中所述磷酸铁与碳酸锂和去离子水的使用比例为1：1：6，所述磷酸铁、碳酸锂和去离子水在磁力搅拌式水热釜内混合搅拌时，常温下进行搅拌和混合，磁力搅拌式水热釜不需要加热。
18.优选的，步骤s3中所述二价铁盐与二价锰盐和去离子水的使用比例为1：1：2，所述混合罐为不锈钢罐或玻璃罐，且混合罐在搅拌时使用玻璃搅拌杆进行手动搅拌，使二价铁盐与二价锰盐均与去离子水融合。
19.优选的，步骤s4中所述磁力搅拌式水热釜包括釜体、搅拌器、磁力耦合传动器、加热机构和驱动电机，所述搅拌器转动安装在釜体的内底部，所述搅拌器通过磁力耦合传动器与驱动电机连接，所述磁力耦合传动器利用永磁材料进行耦合传动的传动装置，用于带动搅拌器进行搅拌作业；所述加热机构安装在釜体的侧壁。
20.优选的，所述加热机构包括加热线圈和温控器，所述加热线圈固定在釜体侧壁内部，所述温控器安装在釜体的外壁，且所述温控器与加热线圈通过导线连接。
21.优选的，步骤s6中所述回转炉包括钢质圆筒状的炉体，所述炉体侧壁内衬有耐火材料，所述炉体通过齿轮由电机带动缓慢转动，所述炉体的一端密封塞有塞盖，所述炉体在烧结时，需通入氮气，固体混合在在氮气保护下进行烧结。
22.优选的，步骤s7中所述研磨机研磨后的粉末使用筛网进行过滤筛选，所述筛网的网孔尺寸小于50um，所述筛网过滤出的大于50um的颗粒物需使用研磨机需进行二次研磨和筛选。
23.一种通过以上叙述的一种磷酸锰铁锂材料的制备方法制得的磷酸锰铁锂材料在锂离子电池中的应用。
24.本发明提出的一种磷酸锰铁锂材料的制备方法及其应用，与现有技术相比，具有以下优点：
25.本发明先准备磷酸铁、碳酸锂、去离子水、二价铁盐和二价锰盐的配料，再分别制备第一混合溶液和第二混合溶液，将第二混合溶液加入第一混合溶液中继续混合搅拌，磁力搅拌式水热釜升温至180℃-240℃反应15-18h，得到第三混合溶液，将第三混合溶液装入不锈钢匣钵内，将不锈钢匣钵放置在烘干房内进行65℃-75℃温度下干燥6-7h，得到固体混合物，将固体混合物从不锈钢匣钵内取出转入回转炉内进行750
±
20℃烧结6h-10h，得到固体物，将固体物使用研磨机进行研磨，再将研磨后的粉末进行筛选过滤，得到的细颗粒物为磷酸锰铁锂材料，通过该方法制备的磷酸锰铁锂材料的电极离子传导率得到一定的提高，适宜大电流的充放电，便于推广应用。
附图说明
26.图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明提供了如图1所示的一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括如下步骤：
29.s1、准备配料，配料包括：磷酸铁、碳酸锂、去离子水、二价铁盐和二价锰盐；
30.所述磷酸铁在使用时需进行烘干和研磨，在烘干时将磷酸铁置于不锈钢容器中，再将不锈钢容器放入烘干室内进行220℃
±
10℃干燥6-7h，将干燥后的磷酸铁降温后使用研磨机进行研磨，具体研磨时选取碳酸锂与蔗糖和纯水进行混合研磨得到混合浆料，碳酸锂、蔗糖和纯水的比例为1：1：2，再将混合浆料使用分散机分散后使用喷雾干燥设备进行干燥后得到的颗粒物。
31.所述碳酸锂为无色单斜晶系结晶或白色粉末，密度为2.11g/cm3，熔点为723℃，溶于稀酸，微溶于水，不溶于醇和丙酮。
32.s2、将磷酸铁和碳酸锂称重后加入磁力搅拌式水热釜内，再在混合罐内加入去离子水充分搅拌混合，得到第一混合溶液；
33.所述磷酸铁与碳酸锂和去离子水的使用比例为1：1：6，所述磷酸铁、碳酸锂和去离子水在磁力搅拌式水热釜内混合搅拌时，常温下进行搅拌和混合，磁力搅拌式水热釜不需要加热。
34.s3、将二价铁盐和二价锰盐加入混合罐内，再混合罐内加入去离子水充分搅拌混合，得到第二混合溶液；
35.所述二价铁盐与二价锰盐和去离子水的使用比例为1：1：2，所述混合罐为不锈钢罐或玻璃罐，且混合罐在搅拌时使用玻璃搅拌杆进行手动搅拌，使二价铁盐与二价锰盐均与去离子水融合。
36.s4、将第二混合溶液加入第一混合溶液中继续混合搅拌，磁力搅拌式水热釜升温至180℃-240℃反应15-18h，得到第三混合溶液；
37.所述磁力搅拌式水热釜包括釜体、搅拌器、磁力耦合传动器、加热机构和驱动电机，所述搅拌器转动安装在釜体的内底部，所述搅拌器通过磁力耦合传动器与驱动电机连接，所述磁力耦合传动器利用永磁材料进行耦合传动的传动装置，用于带动搅拌器进行搅拌作业；所述加热机构安装在釜体的侧壁。
38.所述加热机构包括加热线圈和温控器，所述加热线圈固定在釜体侧壁内部，所述温控器安装在釜体的外壁，且所述温控器与加热线圈通过导线连接。
39.s5、将第三混合溶液装入不锈钢匣钵内，将不锈钢匣钵放置在烘干房内进行65℃-75℃温度下干燥6-7h，得到固体混合物；
40.s6、将固体混合物从不锈钢匣钵内取出转入回转炉内进行750
±
20℃烧结6h-10h，
得到固体物；
41.所述回转炉包括钢质圆筒状的炉体，所述炉体侧壁内衬有耐火材料，所述炉体通过齿轮由电机带动缓慢转动，所述炉体的一端密封塞有塞盖，所述炉体在烧结时，需通入氮气，固体混合在在氮气保护下进行烧结。
42.s7、将固体物使用研磨机进行研磨，再将研磨后的粉末进行筛选过滤，得到的细颗粒物为磷酸锰铁锂材料；
43.所述研磨机研磨后的粉末使用筛网进行过滤筛选，所述筛网的网孔尺寸小于50um，所述筛网过滤出的大于50um的颗粒物需使用研磨机需进行二次研磨和筛选。
44.通过上述方法制备的磷酸锰铁锂材料和通过现有方法制备的磷酸锰铁锂材料，分别选取五份样品使用电导率仪进行传导率检测，检测结果如下：
45.(现有方法是通过专利号为202111489423.0公开的一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法)
46.类别本技术(s/cm)现有方法(s/cm)第1次1.08*10-1
0.88*10-1
第2次1.3*10-1
0.73*10-1
第3次1.15*10-1
0.81*10-1
第4次1.23*10-1
0.79*10-1
第5次1.16*10-1
0.83*10-1
47.通过上述表格测试结果得知，通过本技术制备的磷酸锰铁锂材料的传导率相对于现有方法制备的磷酸锰铁锂材料传导率得到明显提升，从而便于大电流的充放电。
48.一种通过以上叙述的一种磷酸锰铁锂材料的制备方法制得的磷酸锰铁锂材料在锂离子电池中的应用。
49.综上，通过先准备磷酸铁、碳酸锂、去离子水、二价铁盐和二价锰盐的配料，再分别制备第一混合溶液和第二混合溶液，将第二混合溶液加入第一混合溶液中继续混合搅拌，磁力搅拌式水热釜升温至180℃-240℃反应15-18h，得到第三混合溶液，将第三混合溶液装入不锈钢匣钵内，将不锈钢匣钵放置在烘干房内进行65℃-75℃温度下干燥6-7h，得到固体混合物，将固体混合物从不锈钢匣钵内取出转入回转炉内进行750
±
20℃烧结6h-10h，得到固体物，将固体物使用研磨机进行研磨，再将研磨后的粉末进行筛选过滤，得到的细颗粒物为磷酸锰铁锂材料，通过该方法制备的磷酸锰铁锂材料的电极离子传导率得到一定的提高，适宜大电流的充放电，便于推广应用。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。