[发明专利]磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备

说明书

本申请提供一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备，涉及电池领域。磷酸锰铁锂复合材料的制备方法包括：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀，获得混合粉料；将混合粉料在惰性气氛下进行热处理，以使粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制得磷酸锰铁锂复合材料；其中，粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)‑(0.2：1)。利用方法的改进，可在兼顾改善磷酸锰铁锂的吸水率高的基础上，改善其阻抗较大且克容量挥发低的技术问题。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备。

背景技术

磷酸锰铁锂正极材料是磷酸铁锂和磷酸锰锂复合而成的一种固溶体材料，具有高工作电压平台、高能量密度、成本低廉、热稳定性和化学稳定性好等特点，为目前主流研究正极材料之一。

现有的磷酸锰铁锂类材料的粒径一般控制在纳米级，其比表面积比较大，一旦接触到潮湿的空气，水分易与材料表面具有亲水性的Li相接触，在一段时间内(几周)磷酸铁锂接触潮湿的空气后表层锂也会与水发生锂化反应，致使磷酸锰铁锂类的含水率增高。而这种含水率相对较高的磷酸锰铁锂类材料在作为电池正极材料使用时，由于材料中水分在后续电池配料拉浆过程中难以去除，会一直保留到电池中去，这就使得电池的存储容量保持率大多表现不佳。

若以纳米级磷酸锰铁锂类材料作为一次颗粒，或者较大粒径的二次颗粒，虽然能够一定程度降低吸水率，但会产生阻抗较大且克容量挥发低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提一种磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法、正极极片、电池及用电设备，其能够在兼顾改善磷酸锰铁锂的吸水率高的基础上，改善其阻抗较大且克容量挥发低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将磷酸锰铁锂纳米颗粒与粘结剂纳米颗粒混合并分散均匀，获得混合粉料；将混合粉料在惰性气氛下进行热处理，以使粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制得磷酸锰铁锂复合材料；其中，粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)-(0.2：1)。

本申请实施例的技术方案中，利用对混合粉料热处理的方式可先使粘结剂纳米颗粒熔融，由于此时粘结剂纳米颗粒与磷酸锰铁锂纳米颗粒的重量比为(0.05：1)-(0.2：1)，因此在混合粉料中，粘结剂纳米颗粒只能分布在有限空间，导致必然部分区域不含有粘结剂纳米颗粒，因此无需额外处理，直接对混合均匀的混合粉料进行热处理即可限制二次颗粒的粒径，避免其粒径过大。热处理过程中，混合粉料中的粘结剂纳米颗粒先熔融产生粘结力，粘结其周围的磷酸锰铁锂纳米颗粒以形成大颗粒中间产物，然后无需额外处理，继续在热处理温度下使大颗粒中间产物内部的粘结剂纳米颗粒碳化形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，即可获得内部具有由第一碳层构成的导电网络的大颗粒磷酸锰铁锂复合材料，从而不仅增大磷酸锰铁锂复合材料的粒径以及降低其比表面积，改善因磷酸锰铁锂纳米颗粒粒径小、比表面积过大导致的吸水率高的问题，并且利用第一碳层在其内部形成的导电网络，有效提高磷酸锰铁锂复合材料的导电性，降低阻抗并提高其发挥容量，提高电池能量密度，有效地提高材料的电化学性能。

在一些实施例中，粘结剂纳米颗粒的熔融温度低于热处理的温度。利用上述设置，可实现在热处理温度下，粘结剂纳米颗粒先熔融以粘结磷酸锰铁锂纳米颗粒，然后碳化并形成连接磷酸锰铁锂纳米颗粒的第一碳层，制备流程简单，有效提高制备效率。

在一些实施例中，热处理的温度为400-1000℃，热处理的时间不小于2h。可选地，热处理的温度为600-1000℃，热处理的时间为6-8h。上述温度以及时间范围内，不仅能够使粘结剂纳米颗粒先熔融实现粘结作用，然后使其碳化形成第一碳层，而且上述温度范围内不影响磷酸锰铁锂的稳定性及其性能。