一种焦磷酸锰铁、磷酸锰铁锂及其制备方法与电池与流程

本公开涉及电池，具体而言，涉及一种焦磷酸锰铁、磷酸锰铁锂及其制备方法与电池。

背景技术：

1、随着科技不断发展，资源浪费与环境污染问题日益加重，控制碳排放减少传统汽车的使用已是很多地区节能减排的重要措施，促进新能源汽车的研发与应用也成为了重中之重，锂离子电池作为新能源汽车中目前研究最广泛、最实用的能源材料，已应用在很多领域。

2、正极材料是决定锂离子电池性能与价格的主要部分，磷酸铁锂和磷酸锰锂为目前较为常用的正极材料，但磷酸铁锂的电压平台以及能量密度均较低，磷酸锰锂的导电性较差。

3、由于锰离子与铁离子拥有相近的离子半径，可以在磷酸盐框架中无限互溶，将锰与铁互溶形成磷酸锰铁锂可以在一定程度上综合磷酸铁锂和磷酸锰锂的优缺点。但磷酸锰铁锂的性能与其制备过程中所用的前驱体有着密切联系，现有的前驱体制备得到的磷酸锰铁锂正极材料通常压实密度较低，电性能欠佳。

4、鉴于此，特提出本公开。

技术实现思路

1、本公开提供一种焦磷酸锰铁、磷酸锰铁锂及其制备方法与电池以解决或改善上述技术问题。

2、本公开可这样实现：

3、第一方面，本公开提供一种焦磷酸锰铁，其呈片层结构。

4、在可选的实施方式中，焦磷酸锰铁具有以下特征中的至少一种：

5、特征一：焦磷酸锰铁中，mn和fe的总摩尔数与p的摩尔数之比为0.97:1-1.02:1，mn与fe的摩尔数之比为x:1-x，其中，0.1≤x＜1；

6、特征二：焦磷酸锰铁的d50为5μm至20μm。

7、在可选的实施方式中，焦磷酸锰铁还掺杂有掺杂元素；掺杂元素包括ti、v、mg、cr和zr中的至少一种。

8、在可选的实施方式中，以焦磷酸锰铁的质量计，掺杂元素的总掺杂量不超过3000ppm。

9、第二方面，本公开提供一种如前述实施方式任一项的焦磷酸锰铁的制备方法，包括以下步骤：将磷酸锰铁铵进行煅烧，得到焦磷酸锰铁；

10、其中，磷酸锰铁铵的制备包括：按磷酸锰铁铵中元素的预设摩尔比，将磷源与混合金属盐溶液进行共沉淀反应；

11、混合金属盐溶液中的金属包括mn和fe。

12、在可选的实施方式中，磷酸锰铁铵中，mn和fe的总摩尔数与p的摩尔数之比为0.97:1-1.02:1，mn与fe的摩尔数之比为x:1-x，其中，0.1≤x＜1。

13、在可选的实施方式中，混合金属盐溶液中mn和fe的总浓度为0.6mol/l-3mol/l。

14、在可选的实施方式中，提供mn元素的锰源为二价锰源；和/或，提供fe元素的铁源为二价铁源。

15、在可选的实施方式中，锰源包括硫酸锰、硝酸锰和醋酸锰中的至少一种；和/或，铁源包括硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种。

16、在可选的实施方式中，磷源包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的至少一种。

17、在可选的实施方式中，当焦磷酸锰铁中含有掺杂元素时，混合金属盐溶液中的金属还包括掺杂元素。

18、在可选的实施方式中，共沉淀反应包括以下特征中的至少一种：

19、特征一：共沉淀反应的ph值为6至7；

20、特征二：共沉淀反应的温度为20℃-60℃；

21、特征三：共沉淀反应的时间为0.5h-8h。

22、在可选的实施方式中，煅烧具有以下特征中的至少一种：

23、特征一：煅烧的温度为500℃-600℃；

24、特征二：煅烧的时间为2h-10h；

25、特征三：煅烧是于保护氛围中进行。

26、第三方面，本公开提供一种磷酸锰铁锂，其制备原料包括前述实施方式任一项的焦磷酸锰铁。

27、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂的压实密度不低于2.3g/cm3。

28、第四方面，本公开提供一种如前述实施方式的磷酸锰铁锂的制备方法，包括以下步骤：将焦磷酸锰铁与锂源进行烧结。

29、在可选的实施方式中，烧结具有以下特征中的至少一种：

30、特征一：烧结的温度为600℃-750℃；

31、特征二：烧结的时间为2h-10h；

32、特征三：烧结于惰性气氛条件下进行。

33、在可选的实施方式中，锂源中li的摩尔数与焦磷酸锰铁中mn和fe的总摩尔数之比为(0.98:1)-(1.02:1)。

34、在可选的实施方式中，锂源包括氢氧化锂和碳酸锂中的至少一种。

35、在可选的实施方式中，在烧结前，还包括将焦磷酸锰铁和锂源的混合物进行砂磨和喷雾干燥。

36、在可选的实施方式中，砂磨是将混合物磨至d50为400nm至600nm。

37、在可选的实施方式中，喷雾干燥的温度为180℃-210℃。

38、在可选的实施方式中，制备磷酸锰铁锂的原料还包括碳源，烧结是将焦磷酸锰铁、磷源以及碳源共同进行处理。

39、在可选的实施方式中，碳源包括葡萄糖、淀粉、抗坏血酸和柠檬酸中的至少一种。

40、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂中含有1wt％-2wt％的碳。

41、第五方面，本公开提供一种电池，其正极材料包括前述实施方式的磷酸锰铁锂。

42、本公开的有益效果包括：

43、本公开首次提出了呈片层结构的焦磷酸锰铁，并相应提供了该焦磷酸锰铁的制备方法。通过以上述焦磷酸锰铁作为前驱体制备磷酸锰铁锂，能够避免在烧结过程中产生气体以及由于产生气体所导致的孔洞等缺陷，从而可有效提高磷酸锰铁锂的压实密度。由该磷酸锰铁锂进一步制备锂离子电池，能够使该电池同时具有良好的容量和首效等性能。

技术特征：

1.一种焦磷酸锰铁，其特征在于，所述焦磷酸锰铁呈片层结构。

2.根据权利要求1所述的焦磷酸锰铁，其特征在于，所述焦磷酸锰铁具有以下特征中的至少一种：

3.一种如权利要求1或2所述的焦磷酸锰铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磷酸锰铁铵进行煅烧，得到焦磷酸锰铁；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，共沉淀反应包括以下特征中的至少一种：

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，煅烧具有以下特征中的至少一种：

6.一种磷酸锰铁锂，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的制备原料包括权利要求1-或2所述的焦磷酸锰铁。

7.根据权利要求6所述的磷酸锰铁锂，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的压实密度不低于2.3g/cm3。

8.一种如权利要求6或7所述的磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述焦磷酸锰铁与锂源进行烧结。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，烧结具有以下特征中的至少一种：

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，在烧结前，还包括将所述焦磷酸锰铁和所述锂源的混合物进行砂磨和喷雾干燥。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，砂磨是将所述混合物磨至d50为400nm至600nm。

12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，喷雾干燥的温度为180℃-210℃。

13.根据权利要求8-12任一项所述的制备方法，其特征在于，制备所述磷酸锰铁锂的原料还包括碳源，烧结是将所述焦磷酸锰铁、所述磷源以及所述碳源共同进行处理。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂中含有1wt％-2wt％的碳。

15.一种电池，其特征在于，所述电池的正极材料包括权利要求6或7所述的磷酸锰铁锂。

技术总结
一种焦磷酸锰铁，呈片层结构，具体制备工艺通过按磷酸锰铁铵中元素的预设摩尔比，将磷源与混合金属盐溶液进行共沉淀反应制备磷酸锰铁铵，并进一步进行煅烧得到；进一步通过焦磷酸锰铁作为原料制备获得磷酸锰铁锂；以及包括上述磷酸锰铁锂作为正极材料的电池。

技术研发人员：任翔,阮丁山,陈若葵,时振栓,李玲,李长东
受保护的技术使用者：广东邦普循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17