[发明专利]一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)对木耳进行研磨处理后与溶剂混合搅拌得到悬浮液，将锰源、铁源和悬浮液混合，搅拌后加入磷源得到前驱体溶液；(2)使用氨水调节前驱体溶液的pH，干燥后得到磷酸盐木耳前驱体；(3)将磷酸盐木耳前驱体和锂源混合，经焙烧处理后得到所述磷酸锰铁锂正极材料，本发明制备的磷酸锰铁锂正极材料，制备方法简单，成本低，且材料的离子电导率和电子电导率都有一个很大的提升，非常有利于改善磷酸锰铁锂的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，国家大力支持电动汽车行业的发展。进而车企对电池企业的要求也日益增高，高比能量、长寿命、低成本的正极材料及其电池被迫切需要。锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优势被电池企业选中。

磷酸盐正极材料由于其在结构稳定性、成本效益和环境友好性方面的优势，作为商业层状正极材料的潜在替代品引起了相当大的关注。

CN114335469A公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料为Ti₃C₂MXene包覆磷酸锰铁锂材料，是将Ti₃C₂ MXene均匀地包覆在磷酸锰铁锂纳米颗粒表面并形成导电网络。其制备方法是将磷源和锂源加入去离子水/PEG溶液中形成悬浮液A，锰源、铁源、抗氧化剂和Ti₃C₂ MXene加入去离子水中形成悬浮液B，在持续搅拌条件下将悬浮液B滴加到悬浮液A中形成混合液，再将此混合液转移到水热反应釜中保温，反应完成后离心分离出产物洗涤烘干后烧结得到。

CN114373912A公开了一种氟掺杂磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，其所述氟掺杂磷酸锰铁锂正极材料包括摩尔比为1:0.001-2的母体材料和掺杂元素源，所述掺杂元素源为氟源，所述母体材料包括摩尔比为0.5-2:1:1的磷酸铁、锰源和锂源，所述母体材料为经改性剂改性处理的母体材料，所述改性剂包括石墨烯；其制备方法为：S1、原料预混；S2、预煅烧；S3、掺杂混合；S4、正极材料制备。

上述方案所述磷酸锰铁锂正极材料的制备方法存在有工艺繁琐、设备耗能高或制得正极材料性能较差的问题，极大程度限制了磷酸锰铁锂正极材料的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，本发明制备的磷酸锰铁锂正极材料，制备方法简单，成本低，且材料的离子电导率和电子电导率都有一个很大的提升，非常有利于改善磷酸锰铁锂的电化学性能，包括提高高倍率下的比容量和优异的循环性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)对木耳进行研磨处理后与溶剂混合搅拌得到悬浮液，将锰源、铁源和悬浮液混合，搅拌后加入磷源得到前驱体溶液；

(2)使用氨水调节前驱体溶液的pH，干燥后得到磷酸盐木耳前驱体；

(3)将磷酸盐木耳前驱体和锂源混合，经焙烧处理后得到所述磷酸锰铁锂正极材料。

本发明通过简单的木耳吸附过程，使Fe，Mn，P三种元素按一定比例吸附在木耳的表面或体内，形成粒度较小的磷酸盐木耳前驱体，省去固相法中的机械研磨部分。同时，过滤洗涤磷酸盐木耳后进行简单的真空低温烘干，方可与锂盐进行掺混煅烧，省去了生产中喷雾干燥的工艺步骤，此方法降低了生产成本。木耳制备的碳源会有大量的N掺杂，N掺杂会为磷酸锰铁锂提供更多的活性位点，使磷酸锰铁的具有高的比容量和优异的循环性能。

优选地，步骤(1)所述研磨处理后木耳的中值粒径D50为1～5μm，例如：1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等。