一种磷酸锰铁前驱体制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种磷酸锰铁前驱体制备方法。

背景技术：

1、磷酸锰铁锂(limnxfe1-xpo4)是在磷酸铁锂(lifepo4)的基础上掺杂一定比例的锰(mn)而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料。相比磷酸铁锂，锰高电压的特性使得磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，可以达到4.1v左右，远高于磷酸铁锂的3.4v，这也导致了在比容量相同时其具有更高的能量密度，在相同条件下能量密度比磷酸铁锂高出10％-20％。

2、磷酸锰铁锂中锰与铁的比例(即锰的掺杂比)对磷酸锰铁锂的电化学性能有着重要的影响，一方面，磷酸锰铁锂中锰与铁比例的增加能够提高电压平台，而另一方面，锰掺杂比例过高则会使得材料的比容量降低，而且衰减快速，导致材料容量维持率低、循环性差。

3、目前，磷酸锰铁锂的制备方法多为高温固相法，通过将锂源、铁源、锰源和磷源机械混合均匀后，进行固相烧结而成，该法很难控制生成物相的成核速率以及物相离子扩散速率，磷酸锰铁锂材料容易产生元素分布不均、颗粒形貌不均匀、粒度分布较宽等问题，并造成同批次磷酸锰铁锂材料中锰与铁的比例范围难以控制，致使磷酸锰铁锂材料稳定性和均一性不佳，对磷酸锰铁锂材料的电化学性能、导电性能等产生不良影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其解决了现有技术中存在的磷酸锰铁锂材料中锰与铁的比例范围难以控制致使磷酸锰铁锂材料稳定性和均一性不佳问题。

2、根据本发明的实施例，一种磷酸锰铁前驱体制备方法，包括以下步骤，

3、s1、将锰源、铁源、磷源、溶剂及氧化剂混合，锰源、铁源及磷源的摩尔比为(0.2-0.9)：(0.1-0.8)：(0.5-1.3)，配制第一反应溶液；

4、s2、保持第一反应溶液的温度在40.0-110.0℃，并对第一反应溶液的ph进行监控，向第一反应溶液中加入碱性中和剂使第一反应溶液的ph保持在1.0-8.0一定时间，获得第二反应溶液；

5、s3、对第二反应溶液进行固液分离处理，获得固态料；

6、s4、对固态料进行干燥处理，干燥处理温度为40.0-130.0℃，持续1.0-10.0h；

7、s5、对干燥后的固态料进行转晶处理，转晶处理温度为200.0-800.0℃，持续1.0-10.0h，转晶处理完成后获得磷酸锰铁前驱体材料。

8、进一步的，步骤s1中，将锰源、铁源、磷源同时加入同一容器内的溶剂中溶解获得混合溶液，再向溶剂中加入氧化剂，获得第一反应溶液。

9、进一步的，步骤s1中，将锰源、铁源及磷源分别加入不同容器内的溶剂中溶解获得锰源溶液、铁源溶液及磷源溶液，分别向锰源溶液及铁源溶液中加入氧化剂，再将锰源溶液、铁源溶液及磷源溶液混合获得第一反应溶液。

10、进一步的，步骤s1中，锰源为硫酸锰、碳酸锰、磷酸锰、柠檬酸锰及乙酸锰中的至少一种。

11、进一步的，步骤s1中，铁源为硫酸亚铁、硫酸铁、草酸亚铁、柠檬酸铁及乙酸铁中的至少一种。

12、进一步的，步骤s1中，磷源为磷酸二氢铵及磷酸中的至少一种。

13、进一步的，步骤s1中，氧化剂为过氧化氢及氧气中的至少一种。

14、进一步的，步骤s2中，碱性中和剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钡、碳酸钠及氨水中的至少一种。

15、进一步的，步骤s2中，采用ph值检测仪对第一反应溶液的ph进行监控。

16、进一步的，步骤s3中，采用抽滤机或压滤机对第二反应溶液进行固液分离处理；步骤s4中，采用烘干箱对固态料进行干燥处理；步骤s5中，采用烘干箱对干燥后的固态料进行转晶处理。

17、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过采用了将锰源、铁源、磷源、溶剂按一定比例混合，并加入氧化剂配制成第一反应溶液，向第一反应溶液中加入碱性中和剂调控第一反应溶液的ph进行共沉淀反应，反应的过程中对第一反应溶液的ph进行监控确保第一反应溶液的ph保持在目标范围内，反应完成后获得第二反应溶液，再对第二反应溶液进行固液分离处理获得固态料，并对固态料进行干燥处理去除固态料内的水分，最后在高温下对干燥后的固态料进行转晶处理，使固态料在高温下合成的同时进行晶体形貌塑形，即可获得锰与铁的比例在(9-6)：(1-4)的磷酸锰铁前驱体材料，确保制得的磷酸锰铁前驱体材料具有良好的电化学性能，同时将磷酸锰铁前驱体材料的粒度、比表面积及灼烧减量等参数控制在适宜范围内，其解决了现有技术制得的磷酸锰铁锂材料的稳定性和均一性不佳技术问题，产生了确保制得的磷酸锰铁前驱体材料具有适宜的锰与铁的比例、以改善由磷酸锰铁前驱体材料与锂源烧结制得的磷酸锰铁锂材料的电化学性能的技术效果，利于提高磷酸锰铁锂材料的稳定性和均一性，且制备方法简单、适用于批量生产。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，将锰源、铁源、磷源同时加入同一容器内的溶剂中溶解获得混合溶液，再向溶剂中加入氧化剂，获得第一反应溶液。

3.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，将锰源、铁源及磷源分别加入不同容器内的溶剂中溶解获得锰源溶液、铁源溶液及磷源溶液，分别向锰源溶液及铁源溶液中加入氧化剂，再将锰源溶液、铁源溶液及磷源溶液混合获得第一反应溶液。

4.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，锰源为硫酸锰、碳酸锰、磷酸锰、柠檬酸锰及乙酸锰中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，铁源为硫酸亚铁、硫酸铁、草酸亚铁、柠檬酸铁及乙酸铁中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，磷源为磷酸二氢铵及磷酸中的至少一种。

7.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s1中，氧化剂为过氧化氢及氧气中的至少一种。

8.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s2中，碱性中和剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钡、碳酸钠及氨水中的至少一种。

9.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s2中，采用ph值检测仪对第一反应溶液的ph进行监控。

10.如权利要求1所述的一种磷酸锰铁前驱体制备方法，其特征在于：步骤s3中，采用抽滤机或压滤机对第二反应溶液进行固液分离处理；步骤s4中，采用烘干箱对固态料进行干燥处理；步骤s5中，采用烘干箱对干燥后的固态料进行转晶处理。

技术总结
本发明提供了一种磷酸锰铁前驱体制备方法，包括以下步骤，S1、将锰源、铁源、磷源、溶剂及氧化剂混合，配制第一反应溶液；S2、保持第一反应溶液的温度在40.0‑110.0℃，并对第一反应溶液的pH进行监控，向第一反应溶液中加入碱性中和剂使第一反应溶液的pH保持在1.0‑8.0一定时间，获得第二反应溶液；S3、对第二反应溶液进行固液分离处理，获得固态料；S4、对固态料进行干燥处理；S5、对干燥后的固态料进行转晶处理，转晶处理完成后获得磷酸锰铁前驱体材料。本发明解决了现有技术制得的磷酸锰铁锂材料的稳定性和均一性不佳技术问题，产生了确保制得的磷酸锰铁前驱体材料具有适宜的锰与铁的比例、以改善磷酸锰铁锂材料的电化学性能的技术效果。

技术研发人员：刘玉凤,罗天佐,梁富忠,黄飞,李晓春,王保峰,黄鼎泉
受保护的技术使用者：欧赛新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15