磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法、电化学装置与流程

    技术2024-12-09  11


    本申请涉及新能源领域,具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法、电化学装置。


    背景技术:

    1、磷酸锰铁锂(lmfp)材料作为一种锂离子正极材料,兼具了锰基正极材料的高电压平台和铁基正极材料的高安全性。与磷酸铁锂(lfp)材料相比,lmfp提供了更高的能量密度;与镍钴锰三元正极材料相比,其瓦时成本更低,安全性更优,从而有效解决了传统正极材料的一些痛点问题。

    2、然而,目前lmfp材料在性能方面仍存在一些挑战,如压实密度偏低和容量发挥不足等,这些问题限制了电池的能量密度,降低了电池的能量输出和续航能力,从而制约了lmfp材料的规模化商业应用。


    技术实现思路

    1、鉴于此,为了解决以上技术问题中的至少之一,本申请实施例提供了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。

    2、另,本申请实施例还提供了一种前述制备方法制备得到的磷酸锰铁锂正极材料以及应用该磷酸锰铁锂正极材料的电化学装置。

    3、本申请实施例提供了一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,该制备方法包括以下步骤:

    4、将磷酸锰铁锂(lmfp)物料和磷酸铁锂(lfp)物料混合并进行烧结,得到所述磷酸锰铁锂正极材料,

    5、其中,所述lmfp物料的中值粒径d50为0.15μm~0.35μm,所述lfp物料的中值粒径d50为0.8μm~1.2μm。

    6、在一些可能的实施例中,所述lmfp物料的制备方法包括:

    7、将锰源、第一铁源、第一磷源、第一锂源和第一碳源混合,得到第一混合物料;

    8、研磨所述第一混合物料至颗粒的中值粒径d50为0.15μm~0.45μm,得到lmfp混合物料;

    9、将所述lmfp混合物料进行烧结,得到lmfp前驱体;以及

    10、研磨所述lmfp前驱体至颗粒的中值粒径d50为0.15μm~0.35μm,得到所述lmfp物料,其中,所述lmfp物料中锰元素与铁元素的摩尔比为(1.5~4):1。

    11、在一些可能的实施例中,所述lfp物料的制备方法包括:

    12、将第二铁源、第二磷源、第二锂源和第二碳源混合,得到第二混合物料;

    13、研磨所述第二混合物料至颗粒的中值粒径d50为0.8μm~1.2μm,得到lfp混合物料;

    14、将所述lfp混合物料进行烧结,得到lfp前驱体;以及

    15、研磨所述lfp前驱体至颗粒的中值粒径d50为0.8μm~1.2μm,得到所述lfp物料。

    16、在一些可能的实施例中,所述lmfp物料和所述lfp物料的质量比为(2.5~6):1;和/或

    17、将所述lmfp物料和所述lfp物料进行烧结的步骤中,烧结温度为500℃~850℃,烧结时间为150min~500min,升温速率为1.5℃/min~5℃/min。

    18、在一些可能的实施例中,在所述第一混合物料中添加有第一掺杂物料,所述第一掺杂物料中的掺杂元素包括mg、ti、v、nb、w、mo、er、co、ni以及al中的至少一种;和/或

    19、在研磨所述第一混合物料的步骤中,分两步进行研磨,先将所述第一混合物料研磨至颗粒的中值粒径d50为1.0μm~1.3μm,再研磨至颗粒的中值粒径d50为0.15μm~0.45μm。

    20、在一些可能的实施例中,在所述第二混合物料中添加有第二掺杂物料,所述第二掺杂物料中的掺杂元素包括mg、ti、v、nb、w、mo、er、co、ni以及al中的至少一种;和/或

    21、在研磨所述第二混合物料的步骤中,分两步进行研磨,先将所述第二混合物料研磨至颗粒的中值粒径d50为1.3μm~1.5μm,再研磨至颗粒的中值粒径d50为0.8μm~1.2μm。

    22、在一些可能的实施例中,在所述将lmfp物料和lfp物料混合的步骤中,还添加有第三碳源,所述第三碳源的质量为所述lmfp物料和所述lfp物料的总质量的3%~10%。

    23、本申请实施例还提供了一种磷酸锰铁锂正极材料,该磷酸锰铁锂正极材料采用前述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法制备,所述磷酸锰铁锂正极材料包括lmfp颗粒和lfp颗粒,所述lmfp颗粒的粒径小于所述lfp颗粒的粒径。

    24、在一些可能的实施例中,所述磷酸锰铁锂正极材料的表面还包覆有碳包覆层。

    25、本申请实施例还提供了一种电化学装置,该电化学装置包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液,其中,所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间,所述正极极片包括前述的磷酸锰铁锂正极材料。

    26、相较于现有技术,本申请实施例提供的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,通过大颗粒的lfp与小颗粒的lmfp掺混,小颗粒的lmfp填充在大颗粒的lfp间隙中,从而提升磷酸锰铁锂正极材料的压实密度。另外,因为选取的级配大颗粒为lfp,lfp中锂离子扩散速率远高于lmfp,有利于降低粒径较大引起的容量损失。因此采用lfp大颗粒与lmfp小颗粒级配,得到的磷酸锰铁锂正极材料,在兼具lfp的稳定性和高锂离子扩散速率与lmfp的高电压性能的同时,还具有较高的压实密度和良好的电化学性能。



    技术特征:

    1.一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,所述磷酸锰铁锂物料的制备方法包括:

    3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,所述磷酸铁锂物料的制备方法包括:

    4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,所述磷酸锰铁锂物料和所述磷酸铁锂物料的质量比为(2.5~6):1;和/或

    5.根据权利要求2所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,

    6.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,

    7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法,其特征在于,在所述将磷酸锰铁锂物料和磷酸铁锂物料混合的步骤中,还添加有第三碳源,所述第三碳源的质量为所述磷酸锰铁锂物料和所述磷酸铁锂物料的总质量的3%~10%。

    8.一种磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,所述磷酸锰铁锂正极材料采用如权利要求1至7中任一项所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法制备。

    9.根据权利要求8所述的磷酸锰铁锂正极材料,其特征在于,所述磷酸锰铁锂正极材料的表面还包覆有碳包覆层。

    10.一种电化学装置,其特征在于,包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液,其中,所述隔离膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间,所述正极极片包括如权利要求8至9中任一项所述的磷酸锰铁锂正极材料。


    技术总结
    一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法、电化学装置,该磷酸锰铁锂正极材料的制备方法包括将磷酸锰铁锂物料和磷酸铁锂物料混合并进行烧结,得到磷酸锰铁锂正极材料,其中,磷酸锰铁锂物料的中值粒径D50为0.15μm~0.35μm,磷酸铁锂物料的中值粒径D50为0.8μm~1.2μm。该制备方法将小颗粒的磷酸锰铁锂填充于大颗粒的磷酸铁锂间隙中,形成了具有大小粒径级配的磷酸锰铁锂正极材料,使得磷酸锰铁锂正极材料在兼具磷酸铁锂的稳定性与磷酸锰铁锂的高电压性能的同时,还具有高压实密度。

    技术研发人员:王昊,秦锦,赵云虎,张新龙
    受保护的技术使用者:南通瑞翔新材料有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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