一種磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法以及電池漿料和正極與鋰電池技術

本發(fā)明專利技術公開了一種磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法以及電池漿料和正極與鋰電池。其中磷酸錳鐵鋰類材料具有LiMn

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法以及電池漿料和正極與鋰電池
本專利技術涉及電池漿料制備領域，具體地，涉及一種磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法和電池漿料和正極與鋰電池。
技術介紹
鋰離子二次電池是新型綠色高能可充電電池，其具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應、工作范圍寬等眾多優(yōu)點，廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、便攜電動工具、電子儀表、武器裝備等，在電動汽車中也具有良好的應用前景，目前已成為世界各國競相研究開發(fā)的重點。正極材料是鋰離子電池的一個很重要組成部分，在鋰離子電池充放電過程中，不僅要提供在正負嵌鋰化合物中往復嵌/脫所需要的鋰，而且還要提供負極材料表面形成SEI膜所需要的鋰，因此，研究和開發(fā)高性能的正極材料是鋰離子電池發(fā)展的關鍵所在。在鋰離子電池正極材料中，磷酸錳鐵鋰在綜合性能上表現(xiàn)最優(yōu)，目前被認為是較為理想的鋰離子二次動力電池正極材料。現(xiàn)有的磷酸錳鐵鋰的合成方法包括高溫固相法、水熱法、液相氧化還原法以及溶膠凝膠法等。目前，磷酸錳鐵鋰合成方法以高溫固相法為主，例如，在中國專利ZL201110322643中公開了一種碳還原制備鋰離子電池用磷酸錳鐵鋰復合正極材料的方法，其中采用鋰源(如碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰、硝酸鋰等)、錳源(如碳酸錳、硫酸亞錳、磷酸錳、硝酸錳、氧化錳等)、鐵鹽(氧化亞鐵、氧化鐵、草酸鐵、乙酸亞鐵等)、磷酸鹽(如磷酸、磷酸二氫銨、磷酸鈉等)、少量摻雜元素(如鎳、鈷、鋅等)及可碳化的還原劑(如蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、酚醛樹脂、淀粉、碳黑等)，將鋰、錳、鐵、磷酸鹽及少量摻雜元素進行球磨、砂磨或者攪拌分散混合后，在高溫下預燒結(650℃以下)，然后加入碳源進行球磨、砂磨或者攪拌分散混合，最后再在高溫下進行燒結(600～900℃)，最后將燒結后的產物進行球磨、破碎得到磷酸鐵錳鋰材料。現(xiàn)有的高溫固相法所合成磷酸錳鐵鋰材料雖然能夠作為鋰離子電池的電極材料，然而，隨著鋰離子二次電池的廣泛應用，消費者對于鋰離子二次電池的使用性能，例如倍率性能和低溫循環(huán)性能提出了更高的要求。如何進一步提高電池恒流部分的容量占比及高倍率下的容量保持率，已經成為鋰離子二次電池研發(fā)領域的研究重點。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法以及電池漿料和正極與鋰電池，以改善電池的倍率性能和低溫性能。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專利技術的第一個方面，提供了一種磷酸錳鐵鋰類材料，該磷酸錳鐵鋰類材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C結構，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M為Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一種或多種，且所述磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上。根據(jù)本專利技術的第二個方面，提供了一種磷酸錳鐵鋰類材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：S1、提供可溶性的鋰源、磷源、碳源以及一次粒徑在60nm以下的鐵源、錳源和任選的M源；S2、分別將鋰源、磷源和碳源配置形成鋰源溶液、磷源溶液和碳源溶液；S3、將所述鐵源、錳源和任選的M源混合形成混合粉末，并在加熱分散條件下，將霧化的所述鋰源溶液、磷源溶液和碳源溶液與所述混合粉末混合接觸，形成干燥的前驅體粉末；S4、在燒結條件下，燒結處理所述前驅體粉末，形成具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C結構所述碳包覆的磷酸錳鐵鋰材料。根據(jù)本專利技術的第三個方面，提供了一種磷酸錳鐵鋰類材料，該磷酸錳鐵鋰類材料是由本專利技術上述制備方法制備而成。根據(jù)本專利技術的四個方面，提供了一種電池漿料，該電池漿料是由本專利技術上述磷酸錳鐵鋰類材料配置形成的固含量為10-70wt％的漿料組合物。根據(jù)本專利技術的第五個方面，提供了一種正極，該正極是通過在集流體表面上涂布本專利技術上述電池漿料制備而成。根據(jù)本專利技術的第五個方面，提供了一種正極，該正極包括集流體和設置在所述集流體上的正極活性材料層，所述正極活性材料層包括本專利技術磷酸錳鐵鋰類材料。本專利技術提供的磷酸錳鐵鋰類材料及其制備方法以及電池漿料和正極與鋰電池，通過提供一種透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上的磷酸錳鐵鋰類材料，以提高電池的倍率性能和低溫性能。本專利技術的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。附圖說明附圖是用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本專利技術，但并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1示出了根據(jù)本專利技術實施例1所制備的磷酸錳鐵鋰類材料的SEM圖；圖2示出了根據(jù)本專利技術對比例1所制備的磷酸錳鐵鋰類材料的SEM圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。針對于背景部分所提及的“電池的倍率性能和低溫循環(huán)性能有待進一步提高”的問題。本專利技術的專利技術人對磷酸錳鐵鋰類材料進行了大量的研究，專利技術人偶然的發(fā)現(xiàn)，通過調整磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差和粉體壓縮性，有利于改善相應電池的倍率性能和低溫性能。為此，根據(jù)本專利技術的第一個方面，提供了一種磷酸錳鐵鋰類材料，該磷酸錳鐵鋰類材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C結構，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M為Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一種或多種，且所述磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上。在本專利技術中術語“透氣壓差PD15”是指在15Kpa下測試獲得的透氣壓差，術語“粉體壓縮性CPS15”是指在15Kpa下測試獲得的粉體壓縮性。上述具有“LiMnxFe1-x-yMyPO4/C”結構的磷酸錳鐵鋰類材料即為具有碳包覆LiMnxFe1-x-yMyPO4顆粒結構的磷酸錳鐵鋰類材料。本專利技術通過提供一種透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上的磷酸錳鐵鋰類材料，將這種磷酸錳鐵鋰類材料作為正極材料使用，有利于改善鋰離子電池的倍率性能和低溫性能。這種磷酸錳鐵鋰類材料作為正極材料所制備的電池在-20℃下的放電倍率超過65％，在0.5C倍率下的恒流部分的充電倍率超過90％。在本專利技術磷酸錳鐵鋰類材料中，只要控制磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上，即能在一定程度上改善電池的倍率性能和低溫性能。然而，為了更加優(yōu)化電池的倍率性能和低溫性能，在本專利技術中優(yōu)選所述磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差PD15在20mBar以下，粉體壓縮性CPS15為40％-80％％。在本專利技術磷酸錳鐵鋰類材料中，磷酸錳鐵鋰類材料的一次粒徑可以根據(jù)磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差和粉體壓縮性進行選擇。為了更好的控制磷酸錳鐵鋰類材料的透氣性能和粉體壓縮性能，在本專利技術中優(yōu)選所述磷酸錳鐵鋰類材料的一次粒徑小于100nm，更優(yōu)選所述磷酸錳鐵鋰類材料的一次粒徑為20-80nm。在本專利技術中一次粒徑是指顆粒物中最小顆粒單元的平均粒徑，例如飯團中的一粒米的平均粒徑。在本專利技術磷酸錳鐵鋰類材料中，為了簡化磷酸錳鐵鋰類材料的制備流程，更好的制備透氣性能和粉體壓縮性能滿足要求的磷酸錳鐵鋰類材料。在本專利技術中優(yōu)選在所述磷酸錳鐵鋰類材料的制備過程中，所添加的鐵源、錳源和任選的M源的一次粒徑在60nm以下，優(yōu)選為2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磷酸錳鐵鋰類材料，其特征在于，所述磷酸錳鐵鋰類材料具有LiMn

【技術特征摘要】
1.一種磷酸錳鐵鋰類材料，其特征在于，所述磷酸錳鐵鋰類材料具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C結構，其中0≤x≤1，0≤y≤1，M為Co、Ni、Mg、Zn、V和Ti中的一種或多種，且所述磷酸錳鐵鋰類材料的透氣壓差PD15在40mBar以下，粉體壓縮性CPS15在40％以上。2.根據(jù)權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰類材料，其中，所述磷酸錳鐵鋰類材料的粉體透氣壓差PD15在20mBar以下，粉體壓縮性CPS15為40％-80％。3.根據(jù)權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰類材料，其中，所述磷酸錳鐵鋰類材料的一次粒徑小于100nm，優(yōu)選所述磷酸錳鐵鋰類材料的一次粒徑為20-80nm。4.根據(jù)權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰類材料，其中，所述磷酸錳鐵鋰類材料在制備過程中，所添加的鐵源、錳源和任選的M源的一次粒徑均在60nm以下，優(yōu)選為20nm-60nm。5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的磷酸錳鐵鋰材料，其中，具有LiMnxFe1-x-yMyPO4/C結構的所述磷酸錳鐵鋰材料中，0.5≤x≤0.8，0≤y≤0.2。6.一種磷酸錳鐵鋰類材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：S1、提供可溶性的鋰源、磷源、碳源以及一次粒徑在60nm以下的鐵源、錳源和任選的M源；S2、分別將鋰源、磷源和碳源配置形成鋰源溶液、磷源溶液和碳源溶液；S3、將所述鐵源、錳源和任選的M源混合形成混合粉末，并在加熱分散條件下，將霧化的所述鋰源溶液、磷源溶液和碳源溶液與所述混合粉末混合接觸，形成干燥的前驅體粉末；S4、在燒結條件下，燒結處理所述前驅體粉末，形成所述磷酸錳鐵鋰類材料。7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其中，所述S1中提供一次粒徑為20nm-60nm的鐵源、錳源和任選的M源。8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其中，所述S2中配置濃度為0.01-1mol/ml的鋰源溶液、磷源溶液和碳源溶液。9.根據(jù)權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳靖華，徐茶清，肖峰，
申請(專利權)人：比亞迪股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44