CN105406069A - 一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法 - Google Patents

一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法。本发明属于锂离子电池正极材料技术领域。磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，工艺过程：(1)LFMP前驱体浆料的制备：按比例分别称取合成0.1g～100gLFMP所需的铁、锰、锂、磷源，称取0～50g抗坏血酸，加入分散溶剂，固含量10％～80％；(2)原料的混合：称取100g三元材料，组份LizNi1-x-yCoxMnyO2，或上述比例中两种或两种以上组份的混合物，加入浆料混合，浆料真空干燥；(3)三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在250-400℃保温2-6h，然后升温至500-700℃保温6-16h，随炉冷却，过筛。本发明具有工艺简单，操作方便，材料性能一致，对电池能量密度的影响小，能够提高三元材料安全性能等优点。

Description

一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法。
背景技术
目前，NMC动力电池能量密度高，倍率性能较好，具有广泛的应用前景。但纯NMC动力电池产气问题比较严重，电芯的安全性一直是个很大的技术挑战，导致纯三元动力电池难以通过针刺和过充等测试条件。
NMC混合少量LFMP以后，可以在一定程度上抑制三元材料在热失控情况下的连锁反应，而且LFMP为弱酸性，对NMC材料进行LFMP包覆后，不仅可以降低制备时NMC材料表面残碱含量，而且可以抑制NMC材料在储存过程中残碱的进一步增加，有效降低复合材料的碱度，电芯产气问题也得到一定程度降低，从而改善了电芯的安全性。
专利CN104300123.A公开了一种混合正极材料、使用该正极材料的正极片及锂离子电池。该法首先是将镍钴锰三元材料50～90份、磷酸铁锂10～50份进行物理混合，然后将混合物料与粘结剂、导电剂按一定比例匀浆制作电极片，最后用该电极片制作所需的锂离子电池。但是该专利中LFMP与NMC只是在匀浆时进行简单物理混合，物料均匀性难以保证，而且LFMP只是与部分NMC颗粒表面点接触，改善效果有限。
专利CN104134815.A公开了一种混合正极材料及应用，该专利采用锰酸锂和磷酸锰铁锂两种物质作为正极活性材料，目的是一方面能利用磷酸锰铁锂材料良好的安全性能和循环性能，另一方面能利用锰酸锂材料良好的加工性能，获得较单一使用锰酸锂或磷酸锰铁锂正极材料综合性能更加优良的复合正极材料，改善所制备的电池性能。但因该专利技术同样是在匀浆时将两种正极材料进行简单物理混合，故同样存在专利CN104300123.A中均匀性问题。
专利CN103682318.A与CN104201366.A是利用LFP的高安全性能，在匀浆过程中将LFP与NMC复配，除同样存在上述两项专利中物料均匀性问题外，因LFP能量密度低于NMC，导致复配后混合电极的能量密度降低，即性能的改善是以牺牲能量密度为代价的。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法。
本发明的目的是提供一种具有工艺简单，操作方便，能提高材料性能一致性，对电池能量密度的影响小，能够提高三元材料安全性能等特点的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法。
本发明磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法所采取的技术方案是：
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：磷酸锰铁锂包覆处理三元材料包括以下工艺过程：
⑴LFMP前驱体浆料的制备：按比例分别称取合成0.1g～100gLFMP所需的铁源、锰源、锂源、磷源，称取0～50g抗坏血酸，原料混合物中加入分散溶剂，体系固含量为10％～80％；
⑵原料的混合：称取100g三元材料，组份LizNi1-x-yCoxMnyO2，其中，0＜x、y＜1，0.8＜z＜1.5，或上述比例中两种或两种以上组份的混合物，加入到(1)浆料中混合0.5～12h，然后将浆料进行真空干燥；
⑶三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将(2)烘干后物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在250-400℃保温2-6h，然后升温至500-700℃保温6-16h，随炉冷却，过筛后得到所需粒度分布的三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料。
本发明磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法还可以采用如下技术方案：
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：分散溶剂为去离子水、酒精、丙酮或NMP。
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：铁源为草酸亚铁、硫酸亚铁、氧化亚铁、氯化亚铁中的一种或几种的混合物。
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：锰源为一氧化锰、二氧化锰、碳酸锰、硫酸锰、草酸锰中的一种或几种的混合物。
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种的混合物。
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、磷酸二氢锂中的一种或几种的混合物。
所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特点是：三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备时，随炉冷却后过200－350目筛。
本发明具有的优点和积极效果是：
磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.LFMP为弱酸性，对NMC材料进行LFMP包覆制备成核壳结构的复合材料，不仅可以降低制备时NMC材料表面残碱含量，而且可以抑制NMC材料在储存过程中残碱的进一步增加，有效降低复合材料的碱度，改善匀浆过程中的凝结现象，利于提高三元材料涂布一致性，同时可以提高复合材料颗粒一致性，进而提高材料性能一致性；
2.NMC表面包覆LFMP以后，高稳定性和安全性的LFMP可以在一定程度上抑制三元材料在热失控情况下的连锁反应，电芯产气问题也得到一定程度降低，从而改善了电芯的安全性；
3.利用LFMP的电压平台和高稳定性，该混合体系的耐过充性能得到一定提升，而且LFMP较LFP理论容量更加接近NMC，降低了其加入后对电池能量密度的影响，即性能的改善不是以牺牲能量密度为代价。
附图说明
图1是实施例1所用三元材料的SEM图；
图2是实施例2所用三元材料的SEM图；
图3是实施例3所得三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料SEM图；
图4是实施例4所得三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料SEM图；
图5是实施例5所得三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的循环性能曲线。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1至图5。
实施例1
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，包括以下工艺过程：
1.LFMP前驱体浆料的制备：按比例分别称取Li2CO32.62g，C2H2FeO6·2H2O2.55g,MnO4.02g,H3PO46.94g,抗坏血酸20g，酒精120g，在保护气氛下搅拌混合0.5h；
2.原料的混合：称取100g三元材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)加入到上述浆料中，继续搅拌2h后将浆料在120℃下真空干燥12h。
3.三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将烘干后混合物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在400℃保温2h，然后升温至600℃保温12h，随炉冷却过280目筛后得到三元材料/磷酸锰铁锂(LiFe0.2Mn0.8PO4)复合正极材料。
实施例2
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，包括以下工艺过程：
1.LFMP前驱体浆料的制备：分别称取LiH2PO43.66g，FeCl20.32g,MnC2O40.1g,NH4H2PO45.98g,抗坏血酸5g，酒精150g，在保护气氛下搅拌混合0.5h；
2.原料的混合：称取100g三元材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)加入到上述浆料中，继续搅拌2h后将浆料在120℃下真空干燥12h；
3.三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将烘干后混合物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在350℃保温3h，然后升温至500℃保温16h，随炉冷却过280目筛后得到三元材料/磷酸锰铁锂(LiFe0.8Mn0.2PO4)复合正极材料。
实施例3
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，包括以下工艺过程：
1.LFMP前驱体浆料的制备：分别称取CH3COOLi41.88g，FeSO4·7H2O88.34g,MnCO336.53g,(NH4)2HPO483.88g,抗坏血酸50g，酒精375g，在保护气氛下搅拌混合0.5h；
2.原料的混合：称取100g三元材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)加入到上述浆料中，继续搅拌2h后将浆料在120℃下真空干燥12h；
3.三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将烘干后混合物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在400℃保温2h，然后升温至600℃保温12h，随炉冷却过280目筛后得到三元材料/磷酸锰铁锂(LiFe0.5Mn0.5PO4)复合正极材料。
实施例4
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，包括以下工艺过程：
1.LFMP前驱体浆料的制备：分别称取LiOH3.81g，C2H2FeO6·2H2O8.59g,MnO29.68g,NH4H2PO418.30g,抗坏血酸50g，酒精180g，在保护气氛下搅拌混合0.5h；
2.原料的混合：称取100g三元材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)加入到上述浆料中，继续搅拌2h后将浆料在120℃下真空干燥12h；
3.三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将烘干后混合物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在400℃保温2h，然后升温至600℃保温12h，随炉冷却过280目筛后得到三元材料/磷酸锰铁锂(LiFe0.3Mn0.7PO4)复合正极材料。
实施例5
一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，包括以下工艺过程：
1.LFMP前驱体浆料的制备：分别称取LiH2PO43.47g，FeO1.44g,MnSO42.02g,抗坏血酸10g，酒精85g，在保护气氛下搅拌混合0.5h；
2.原料的混合：称取100g三元材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)加入到上述浆料中，继续搅拌2h后将浆料在120℃下真空干燥12h；
3.三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将烘干后混合物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在300℃保温4h，然后升温至550℃保温14h，随炉冷却过280目筛后得到三元材料/磷酸锰铁锂(LiFe0.6Mn0.4PO4)复合正极材料。
本实施例具有所述的工艺简单，操作方便，能提高材料性能一致性，对电池能量密度的影响小，能够提高三元材料安全性能等积极效果。

Claims (7)

1.一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：磷酸锰铁锂包覆处理三元材料包括以下工艺过程：
⑴LFMP前驱体浆料的制备：按比例分别称取合成0.1g～100gLFMP所需的铁源、锰源、锂源、磷源，称取0～50g抗坏血酸，原料混合物中加入分散溶剂，体系固含量为10％～80％；
⑵原料的混合：称取100g三元材料，组份LizNi1-x-yCoxMnyO2，其中，0＜x、y＜1，0.8＜z＜1.5，或上述比例中两种或两种以上组份的混合物，加入到(1)浆料中混合0.5～12h，然后将浆料进行真空干燥；
⑶三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备：将(2)烘干后物料放入氩气保护气氛烧结炉中，在250-400℃保温2-6h，然后升温至500-700℃保温6-16h，随炉冷却，过筛后得到所需粒度分布的三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料。
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：分散溶剂为去离子水、酒精、丙酮或NMP。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：铁源为草酸亚铁、硫酸亚铁、氧化亚铁、氯化亚铁中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：锰源为一氧化锰、二氧化锰、碳酸锰、硫酸锰、草酸锰中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、磷酸二氢锂中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，其特征是：三元材料/磷酸锰铁锂复合正极材料的制备时，随炉冷却后过200－350目筛。
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