[发明专利]一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。本发明一种磷酸锰铁锂正极材料的制备过程中通过控制反应物加入速度，高速搅拌和温度控制，调节成核和生长速度，形成均匀的纳米颗粒；然后利用掺杂元素、碳源、磷酸二氢铵、碳酸锂与铁锰化合物沉淀前驱体混合、高温烧结得到有元素掺杂的磷酸锰铁锂正极材料。本发明通过共沉淀法形成的颗粒形状和粒度均匀，且相比现有高能球磨固相方法能耗较低，生产效率高。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

目前锂电池正极材料主要可分为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸锰铁锂等几大类。其中，磷酸锰铁锂作为高电压型(4.1V)磷酸盐材料，是磷酸盐材料磷酸铁锂的升级产品，在同等容量发挥下，磷酸锰铁锂电池的能量密度可以比磷酸铁锂电池提高20％左右。与三元材料相比，磷酸锰铁锂具有相似的能量密度，但安全性更高、价格也相对低一些，有望成为新一代高能量密度动力电池无钴正极材料潜力性材料。

但现有制备磷酸锰铁锂的技术能耗高且效率低；CN104167549A、CN105329867A、CN111276693A利用铁源、锰源、磷源、碳源和锂源混合后，利用砂磨机粉碎颗粒到纳米尺寸；但使用的高能球磨固相方法能耗较高，生产效率低，且得到的颗粒均匀性差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。

水溶液中，锰离子和铁离子先与螯合剂作用结合形成铁离子和锰离子螯合物，滴入沉淀剂后，锰离子和铁离子从铁离子和锰离子螯合物中缓慢释放出来与沉淀剂结合形成铁锰沉淀前驱体。磷酸锰铁锂正极材料颗粒的大小是由沉淀反应成核速度和生长速度决定的，成核速度越快、生长速度越慢则颗粒越小，反之成核速度越慢、生长速度越快则颗粒越大。各反应物滴加速度、搅拌速度和反应温度决定成核速度和生长速度。相对铁锰离子加入速度越快、加入量越大、沉淀剂加入速度越快、浓度越高则成核速度越快，而滴加太快或者浓度过高也会造成颗粒粒径不均匀和结块；搅拌速度越快和适当提高温度，成核速度加快。因此，合理的控制共沉淀过程中铁锰离子水溶液、螯合剂溶液、沉淀剂溶液泵入反应釜的速度，搅拌温度以及反应釜的温度可以有效提升所形成的纳米颗粒的均匀性。

本发明一种磷酸锰铁锂正极材料的制备过程中通过高速搅拌和温度控制来调节成核和生长速度，形成均匀的纳米颗粒。然后利用掺杂元素、碳源、磷酸二氢铵、碳酸锂与铁锰沉淀前驱体混合、高温烧结得到有元素掺杂的磷酸锰铁锂正极材料。本发明通过共沉淀法形成的颗粒的形状和粒度均匀，且相比现有高能球磨固相方法能耗较低，生产效率高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是提供一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别配置螯合剂底液、螯合剂溶液、沉淀剂溶液、铁锰离子水溶液；

(2)将步骤(1)得到的螯合剂底液、螯合剂溶液、沉淀剂溶液泵入反应釜，通过共沉淀，反应得到铁锰沉淀前驱体；

当反应釜容量为100L时，螯合剂底液泵入反应釜的添加量为20L；螯合剂溶液泵入反应釜的速度为0.2-6L/h；沉淀剂溶液泵入反应釜的速度为5-60L/h；铁锰离子水溶液泵入反应釜的速度为0.5-6L/h；

(3)将步骤(2)得到的铁锰沉淀前驱体与锂源、磷源、碳源和溶剂混匀后干燥，得到磷酸锰铁锂混合物；

(4)将步骤(3)得到的磷酸锰铁锂混合物压制成片，然后烧结得到磷酸锰铁锂正极材料。

在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述螯合剂底液为浓度为0.1-2.0mol/L的螯合剂水溶液；所述螯合剂溶液为浓度为0.1-2.0mol/L的螯合剂水溶液。