一种片状磷酸锰铁锂及其合成方法与应用与流程

1.本发明涉及磷酸锰铁锂技术领域，尤其是涉及一种片状磷酸锰铁锂及其合成方法与应用。


背景技术：

2.磷酸锰铁锂合成工艺方面，目前已报道的水热法合成磷酸铁锰锂主要是将铁源和锰源、磷酸和氢氧化锂按一定比例投加于反应釜中，然后升温至100-280℃，制得磷酸铁锰锂晶体。反应工艺如下：3lioh+0.5feso4+0.5mnso4+h3po4＝limn
0.5
fe
0.5
po4+li2so4+h2o。此工艺需要投加的氢氧化锂摩尔比是磷酸的3倍，投加的氢氧化锂量比较大，同时生成的磷酸锰铁锂杂质含量也较高，并且合成的磷酸锰铁锂形貌大多是块状或球状等。
3.因此，亟需一种性能优异的片状磷酸锰铁锂及其合成方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的第一个技术问题是：
5.提供一种片状磷酸锰铁锂。
6.本发明所要解决的第二个技术问题是：
7.提供一种所述片状磷酸锰铁锂的合成方法。
8.本发明所要解决的第三个技术问题是：
9.所述片状磷酸锰铁锂的应用。
10.为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
11.一种片状磷酸锰铁锂，包括以下化学式：
12.life
x
mn
1-x
po4；
13.其中，0《x《2。
14.根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
15.通过在磷酸铁锂中添加锰，能够得到磷酸铁锰锂。磷酸铁锰锂工作电压为4.1v，其能量密度比磷酸铁锂高15％左右，和磷酸铁锂相比，锰元素的引入可以将该正极材料的工作电压提高到4.1v，从而可以很大程度上提高磷酸锰铁锂材料的能量密度。而通过合理的调整铁锰比例，能够减小jahn-teller效应，提高材料的电子电导率和离子传输速率，从而获得更高的电化学性能。
16.根据本发明的一种实施方式，所述0《x《1。
17.为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
18.一种合成所述片状磷酸锰铁锂的方法，包括以下步骤：
19.s1混合锰源、铁源和磷酸，加热，经反应，得到磷酸氢锰铁；
20.s2混合磷酸氢锰铁与锂源于溶剂，得到混合溶液，调节ph为4.0-7.0；
21.s3将所述混合溶液进行水热反应，得到所述片状磷酸锰铁锂。
22.根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
23.本发明混合锰源、铁源和磷酸，先制备出磷酸氢锰铁作为磷酸锰铁锂的前驱体。通过此种方式，制备出的磷酸氢锰铁杂质含量比较低。此外，本发明再将制得的磷酸氢锰铁与锂源反应，从而制备得到片状的磷酸锰铁锂。时投入的氢氧化锂业比较少，降低了生产成本。整个过程具体反应如下:
24.0.5mn+0.5fe+h3po4＝mn
0.5
fe
0.5
hpo4+h2；
25.mn
0.5
fe
0.5
hpo4+lioh＝limn
0.5
fe
0.5
po4+h2o。
26.根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，所述磷酸为1.0-1.5mol/l的磷酸溶液。
27.根据本发明的一种实施方式，所述铁源中的铁元素与磷酸中的磷元素的摩尔比为x：0.98-1.1。
28.根据本发明的一种实施方式，所述锰源、铁源和磷酸中的锰元素、铁元素和磷元素的摩尔比依次为1-x：x：0.98-1.1。
29.本发明改进了合成片状磷酸锰铁锂过程中各元素的投料比，使得合成的磷酸锰铁锂为片状形貌，同时生成的磷酸锰铁锂杂质含量也较低。
30.根据本发明的一种实施方式，所述磷酸为质量分数85％的净化磷酸；所述锰源为锰片，纯度》99％；所述铁源为还原铁粉，纯度》99％。
31.根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，所述加热的温度为30-90℃，所述加热的时间为1h-5h。
32.根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，还包括以下步骤：反应后，对产物进行过滤、洗涤和低温烘干，以得到磷酸氢锰铁固体。
33.根据本发明的一种实施方式，步骤s2中，混合溶液中，所述磷酸氢锰铁的固含量为10％-15％。
34.根据本发明的一种实施方式，步骤s2中，所述锂源包括氢氧化锂和碳酸锂。
35.根据本发明的一种实施方式，所述氢氧化锂或碳酸锂均为电池级。
36.根据本发明的一种实施方式，步骤s2中，还包括以下步骤：以磷酸调节ph。
37.根据本发明的一种实施方式，所述锂源中的锂元素与磷酸中的磷元素的摩尔比为1.0-1.1：0.98-1.2。
38.本发明在合成片状磷酸锰铁锂的过程中，先合成磷酸氢锰铁，随后将磷酸氢锰铁与锂源混合，以制备片状磷酸锰铁锂，使得能够在该合成方法中，投入极少量的锂源，大大节约的成本，有利于本发明的方法用于工业生产。
39.根据本发明的一种实施方式，：步骤s3中，所述水热反应的温度为30-90℃，水热反应的时间为1h-5h。
40.本发明的另一个方面，还涉及所述片状磷酸锰铁锂在电池中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的片状磷酸锰铁锂。由于该应用采用了上述片状磷酸锰铁锂的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
41.本发明的另一个方面，还涉及所述片状磷酸锰铁锂在汽车中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的片状磷酸锰铁锂。由于该应用采用了上述片状磷酸锰铁锂的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
42.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
43.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
44.图1为实施例1制备的片状磷酸锰铁锂的扫描电镜图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例，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。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，都属于本发明的范围。
46.本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
47.实施例1
48.一种片状磷酸锰铁锂，包括以下化学式：
49.life
0.3
mn
0.7
po4。
50.一种合成上述片状磷酸锰铁锂的方法，包括以下步骤：
51.用85％磷酸配置成1.5mol/l的磷酸溶液。然后再取高纯锰片和高纯还原铁粉加入磷酸溶液中，其中锰源、铁源、磷源的各元素比例为0.7：0.3：1.0。
52.开启搅拌，反应温度为30℃，反应5h后过滤、洗涤、低温烘干得到磷酸氢锰铁固体。将磷酸氢锰铁固体加纯水制成固含量为10％的料浆，然后加入氢氧化锂，然后再加入磷酸调节ph至6.0。投入物料摩尔比为li：mn：fe：p＝1.05：0.7：0.3：1.05。将搅拌均匀的料浆转移至水热反应釜中。将反应釜放入烘箱中200℃条件下反应10小时。将反应后的液体过滤洗涤，然后再真空干燥箱进行干燥得到磷酸锰铁锂材料。
53.实施例2
54.一种片状磷酸锰铁锂，包括以下化学式：
55.life
0.4
mn
0.6
po4。
56.一种合成上述片状磷酸锰铁锂的方法，包括以下步骤：
57.用85％磷酸配置成1.2mol/l的磷酸溶液。然后再取高纯锰片和高纯还原铁粉加入磷酸溶液中，其中锰源、铁源、磷源的各元素比例为0.6：0.4：1.05。
58.开启搅拌，反应温度为80℃，反应3h后过滤、洗涤、低温烘干得到磷酸氢锰铁固体。将磷酸氢锰铁固体加纯水制成固含量为12％的料浆，然后加入碳酸锂，然后再加入少量磷酸调节ph至5.5。投入物料摩尔比为li：mn：fe：p＝1.05：0.6：0.4：1.1。将搅拌均匀的料浆转移至水热反应釜中。将反应釜放入烘箱中180℃条件下反应12小时。将反应后的液体过滤洗涤，然后再真空干燥箱进行干燥得到磷酸锰铁锂材料。
59.以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的
专利保护范围内。