一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体而言，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、磷酸铁锂是目前应用的锂电池中最常使用的正极材料，但磷酸铁锂电池也存在不可避免的缺点，比如能量密度低。磷酸锰铁锂中锰元素的高电压的特性使磷酸锰铁锂具有更高的电压平台(4.1v)，故磷酸锰铁锂的能量密度较磷酸铁锂高15％左右，且循环性能和安全性能比肩磷酸铁锂，可兼顾高安全性和高能量密度，具有极大的应用前景。

2、磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体，需求较高，但以钛白副产物金红石母液作为铁源时，两步法磷酸铁生产过程中沉淀工段产生的废水中锰离子含量高，陈化工段产生的废水中磷酸根含量较高，若当做废水处理，处理成本高且工艺复杂，故可将这两部分废水利用起来分别作为锰源和磷源制备磷酸锰铁锂，极大节省生产成本，但关于这部分的应用较少。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用不同工段的磷酸铁废水分别作为锰源和磷源制备磷酸锰铁锂复合材料的方法；此外将沉淀工段得到的无定型磷酸铁与磷酸锰铁锂前驱体水热，得到磷酸铁锂包覆磷酸锰铁锂复合材料。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、本发明的一个方面，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(a)将沉淀浆料进行第一洗涤后，得到第一清液和一洗滤饼；将所述一洗滤饼进行陈化；将所述陈化结束后的反应体系进行第二洗涤，得到第二清液；

5、(b)将所述第一清液和铁源混合，得到第一混合体系；将所述第一混合体系和氨水混合后进行第一反应；

6、(c)将所述第一反应结束后的反应体系和所述第二清液混合后进行第二反应，得到前驱体悬浮液；所述前驱体悬浮液进行第三洗涤，得到磷酸锰铁锂前驱体；

7、(d)将锂源、碳源、所述磷酸锰铁锂前驱体和所述一洗滤饼混合后进行水热反应；将所述水热反应结束后的反应体系进行第四洗涤、干燥和烧结，得到所述磷酸锰铁锂复合材料。

8、本发明提供一种用不同工段的磷酸铁废水分别作为锰源和磷源制备磷酸锰铁锂复合材料的方法，该方法既解决了磷酸铁生产过程中的废水回收利用，又降低了磷酸锰铁锂的生产成本，制备得到的磷酸锰铁锂复合材料尺寸较小，具有较好的电化学性能。

9、本发明的另一个方面，还涉及所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂复合材料。

10、本发明的另一个方面，还涉及一种正极极片，主要由所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂复合材料或所述的磷酸锰铁锂复合材料制成。

11、本发明的另一个方面，还涉及一种锂离子电池，包括所述的正极极片。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

13、(1)本发明提供一种用不同工段的磷酸铁废水分别作为锰源和磷源制备磷酸锰铁锂材料的方法，该方法既解决了磷酸铁生产过程中的废水回收利用，又降低了磷酸锰铁锂的生产成本；

14、(2)此外磷酸铁废水中锰离子和磷酸根浓度低，参与反应时，晶体成核后的生长动力较小，此时晶体的生长主要受热力学影响，有利于减小颗粒尺寸；利用微反应器高速混合、高效传质传热、反应物停留时间短的优势，进一步减小磷酸锰铁锂前驱体的颗粒尺寸；

15、(3)将沉淀工段得到的无定型磷酸铁与小颗粒的磷酸锰铁锂前驱体混合进行水热，在无定型磷酸铁颗粒打乱重组晶型转化过程中，使磷酸铁包覆小颗粒的磷酸锰铁锂前驱体，制备得到的磷酸锰铁锂复合材料尺寸较小，具有较好的电化学性能。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)，所述第一混合体系中铁和锰的摩尔比为1：(0.9～1.1)；

3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一清液中锰的含量为0.05wt％～0.2wt％；

4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)，所述第一反应结束后的反应体系和所述第二清液的混合体积比为1：(0.9～1.1)；

5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为90～160℃；

6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为600～800℃；

7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述陈化的温度为75～98℃；

8.如权利要求1～7任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂复合材料。

9.一种正极极片，其特征在于，主要由权利要求1～7任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法制备得到的磷酸锰铁锂复合材料或权利要求8所述的磷酸锰铁锂复合材料制成。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体而言，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法和应用。该方法包括：将沉淀浆料进行第一洗涤后；将一洗滤饼进行陈化；将陈化结束后的反应体系进行第二洗涤；将第一清液和铁源混合；将第一混合体系和氨水混合后进行第一反应；将第一反应结束后的反应体系和第二清液混合后进行第二反应；前驱体悬浮液进行第三洗涤，得到磷酸锰铁锂前驱体；将锂源、碳源、磷酸锰铁锂前驱体和一洗滤饼混合后进行水热反应；将水热反应结束后的反应体系进行第四洗涤、干燥和烧结。该方法既解决了磷酸铁生产过程中的废水回收利用，又降低了磷酸锰铁锂的生产成本，制备的材料尺寸较小，具有较好的电化学性能。

技术研发人员：闫明,杨怡,许建飞,尹盛玉,霍倩倩,葛佳佳
受保护的技术使用者：河南龙佰新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24