[发明专利]一种磷酸盐正极材料前驱体、其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种磷酸盐正极材料前驱体、其制备方法及应用，涉及锂电池技术领域。该磷酸盐正极材料前驱体化学组成为Mnsubgt;1‑x‑y‑/subgt;subgt;q/subgt;Cosubgt;x/subgt;Nisubgt;y/subgt;Msubgt;q/subgt;HPOsubgt;3/subgt;(OH)·ZHsubgt;2/subgt;O，其中，x0；y0；0.02≦x+y≦0.1；0≦q0.06；1≦Z≦2；M为掺杂元素，选自IA族、IIA族、VIII族、IIIA族和副族元素中的一种或多种元素，且M不为Mn、Co或Ni。预先获得磷酸盐正极材料前驱体，该前驱体中的有效金属分布均匀。通过该前驱体获得正极材料形貌均一度高，制备过程污染小，易于批量生产。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，且特别涉及一种磷酸盐正极材料前驱体、其制备方法及应用。

背景技术

随着对电动汽车和混合动力汽车的需求不断加剧，锂离子电池正极材料得到快速发展。目前，锂离子电池正极材料的核心代表为磷酸铁锂、三元材料和钴酸锂材料。而其中的磷酸铁锂正极材料凭借循环性能好，材料来源广泛等优点，被认为是今后电动汽车首选的正极材料。但是，相比于磷酸铁锂材料，磷酸锰锂材料具有更高的电压平台和理论容量，被认为是已经商业化了的正极材料最具前景的替代品。

然而，磷酸锰锂正极材料的制备过程通常为先将锂源、锰源和磷酸盐进行反应，生成磷酸锰锂前驱体，然后再将磷酸锰锂前驱体与碳源混合进行煅烧，得到磷酸锰锂正极材料。在制备过程中容易导致锰元素在正极材料中分布不均以及磷酸盐(例如磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵等)在反应过程容易产生氨气等不良反应物。此外，磷酸锰锂材料本身存在长时间循环后容量衰退严重以及倍率性能差等问题，这些问题极大地限制了其应用与发展。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种磷酸盐正极材料前驱体、其制备方法和应用。

本发明的第一方面提供一种磷酸盐正极材料前驱体，其化学组成为Mn_1-x-y-qCo_xNi_yM_qHPO₃(OH)·ZH₂O，其中，x0；y0；0.02≦x+y≦0.1；0≦q0.06；1≦Z≦2；M为掺杂元素，选自IA族、IIA族、VIII族、IIIA族和副族元素中的一种或多种元素，且M不为Mn、Co或Ni。

进一步地，在公开的一个实施例中，0.02≦x+y≦0.05。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述M选自中Al、Mg、Ti、V和B的一种或多种。

本发明的第二方面提供如上所述的磷酸盐正极材料前驱体的制备方法，包括：

S1，将阳离子源和磷酸根水溶液混合，得到混合溶液，其中，所述阳离子源包括Mn源、Co源、Ni源和M源；

S2，将所述混合溶液在50～90℃条件下反应，得到反应液；

S3，对所述反应液进行有机溶剂萃取，分离得到沉淀物，所述沉淀物洗涤、干燥得到所述磷酸盐正极材料前驱体。

进一步地，在公开的一个实施例中，步骤S1中，所述阳离子源和磷酸根的摩尔比为1：1～4；所述磷酸根水溶液为磷酸和纯水的混合液，其中，每摩尔磷酸与50～250g纯水混合获得所述磷酸根水溶液。

进一步地，在公开的一个实施例中，步骤S2中，反应时间为2～24h。

进一步地，在公开的一个实施例中，步骤S3中，所述有机溶剂选自石油醚、己烷、氯仿和四氯化碳中的一种或多种。

进一步地，在公开的一个实施例中，步骤S3中，还对干燥后的所述磷酸盐正极材料前驱体进行破碎处理，破碎后的颗粒粒径D50为0.5～10μm。