一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115954460A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310133209.4H01M10/0525(2010.01)(22)申请日2023.02.17(71)申请人河南佰利新能源材料有限公司地址454150河南省焦作市中站区冯封街道经四路与雪莲路交叉口北200米申请人河南龙佰新材料科技有限公司(72)发明人闫明李潇潇许建飞豆君尹盛玉李嘉乐崔瑾张玲玲(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463专利代理师王焕(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。所述磷酸锰铁锂正极材料，包括双层纤维状结构及生长在所述双层纤维状结构表面的片状磷酸铁锂；所述双层纤维状结构的芯包括：第一碳基材料及分散在所述第一碳基材料中的第一磷酸锰铁锂；所述双层纤维状结构的壳包括：第二碳基材料以及分散在所述第二碳基材料中的第二磷酸锰铁锂；所述第一磷酸锰铁锂的化学式为LiMnxFe(1‑x)PO4；所述第二磷酸锰铁锂的化学式为LiMnyFe(1‑y)PO4；其中，x的取值为0.5～1；y的取值为0.1～0.5。所述磷酸锰铁锂正极材料，具有较高的放电电压，理论能量密度高，导电性能优异，循环寿命高。CN115954460ACN115954460A权利要求书1/2页1.一种磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，包括双层纤维状结构及生长在所述双层纤维状结构表面的片状磷酸铁锂；所述双层纤维状结构的芯包括：第一碳基材料以及分散在所述第一碳基材料中的第一磷酸锰铁锂；所述双层纤维状结构的壳包括：第二碳基材料以及分散在所述第二碳基材料中的第二磷酸锰铁锂；所述第一磷酸锰铁锂的化学式为LiMnxFe(1‑x)PO4；所述第二磷酸锰铁锂的化学式为LiMnyFe(1‑y)PO4；其中，x的取值为0.5～1；y的取值为0.1～0.5。2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所述双层纤维状结构的芯的直径为100～300nm；优选地，所述双层纤维状结构的壳的厚度为50～100nm；优选地，所述片状磷酸铁锂的厚度为5～15nm；优选地，所述片状磷酸铁锂和所述双层纤维状结构的质量比为(0.5～1)：1。3.如权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将第一静电纺丝液和第二静电纺丝液进行同轴静电纺丝、干燥和碳化，得到磷酸锰铁锂双层纤维材料；其中，所述第一静电纺丝液为所述同轴静电纺丝的内层溶液；所述第一静电纺丝液中锂、磷、锰和铁的摩尔比为(1～1.05)：1：(0.5～1)：(0.1～0.5)；所述第二静电纺丝液为所述同轴静电纺丝的外层溶液；所述第二静电纺丝液中锂、磷、锰和铁的摩尔比为(1～1.05)：1：(0.1～0.5)：(0.5～1)；(b)将所述磷酸锰铁锂双层纤维材料、锂源、铁源、磷源和第一添加剂的混合体系进行保温，得到表面生长片状磷酸铁锂的磷酸锰铁锂双层纤维前驱体；(c)将所述表面生长片状磷酸铁锂的磷酸锰铁锂双层纤维前驱体在保护气氛中退火，得到所述磷酸锰铁锂正极材料。4.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，所述第一静电纺丝液包括：静电纺丝溶液、所述锂源、所述铁源、锰源、所述磷源和第二添加剂；所述第一静电纺丝液中锂、磷、锰、铁和所述第二添加剂的摩尔比为(1～1.05)：1：(0.5～1)：(0.1～0.5)：(0.001～0.05)；优选地，所述第二静电纺丝液包括：所述静电纺丝溶液、所述锂源、所述铁源、所述锰源、所述磷源和所述第二添加剂；所述第二静电纺丝液中锂、磷、锰、铁和所述第二添加剂的摩尔比为(1～1.05)：1：(0.1～0.5)：(0.5～1)：(0.001～0.05)；优选地，所述静电纺丝溶液包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯腈的水、乙醇或DMF中的至少一种；优选地，所述第二添加剂包括：二氧化钛、氧化镁、五氧化二铌、五氧化二钒或氧化钨中的至少一种。5.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，所述同轴静电纺丝的电压为10～25kV；优选地，所述碳化的温度为500～800℃；2CN115954460A权利要求书2/2页优选地，所述碳化的时间为6～9h。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，所述保温的温度为120～170℃；优选地，所述保温的时间为1～6h；优选地，所述退火的温度为400～600℃。7