本申請涉及新能源領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法、電化學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)稍偕茉春碗妱悠囆枨蟮牟粩嘣黾?，電池材料的稀缺性、成本以及環(huán)境影響引起了廣泛關(guān)注。尤其是在鋰離子電池正極材料方面，傳統(tǒng)的鎳鈷錳（ncm）和鎳鈷鋁（nca）材料雖然在能量密度上表現(xiàn)優(yōu)異，但其所需的稀有金屬資源的高成本和環(huán)境影響使其可持續(xù)性受到質(zhì)疑。在此背景下，磷酸錳鐵鋰（lmfp）作為新型正極材料，因其廉價(jià)的原材料、優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的熱安全性而備受關(guān)注。

2、盡管lmfp正極材料在提高能量密度方面展現(xiàn)出較大的潛力，但仍存在一些缺陷。例如，lmfp的電子和離子導(dǎo)電性較差，限制了其在高功率應(yīng)用中的表現(xiàn)。此外，錳離子在氧化態(tài)mn3+下的姜-泰勒（jahn-teller）畸變會導(dǎo)致lmfp正極材料的鋰離子擴(kuò)散動力學(xué)緩慢，從而影響電池的整體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，為了解決以上技術(shù)問題中的至少之一，本申請實(shí)施例提供了一種磷酸錳鐵鋰（lmfp）正極材料的制備方法。

2、另，本申請實(shí)施例還提供了一種前述制備方法制備得到的lmfp正極材料以及應(yīng)用該lmfp正極材料的電化學(xué)裝置。

3、本申請實(shí)施例提供了一種lmfp正極材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

4、將錳源、鐵源、第一磷源、鋰源、第一碳源和鎂源混合并進(jìn)行一次研磨，得到第一漿料；

5、將所述第一漿料進(jìn)行一次燒結(jié)，得到lmfp前驅(qū)體；

6、將所述lmfp前驅(qū)體、第二磷源、第二碳源和鈮源混合并進(jìn)行二次研磨，得到第二漿料；以及

7、將所述第二漿料進(jìn)行二次燒結(jié)，得到所述lmfp正極材料，其中，鎂元素以摻雜的形式存在于所述lmfp正極材料的體相，鈮元素以包覆的形式存在于所述lmfp正極材料的包覆層。

8、在一些可能的實(shí)施例中，所述第一漿料中鎂元素與鋰元素的摩爾比為（0.002~0.006）：1；和/或

9、所述第二漿料中鈮元素與鋰元素的摩爾比為（0.005~0.02）：1。

10、在一些可能的實(shí)施例中，所述一次研磨的轉(zhuǎn)速為500rmp~800rmp；和/或

11、所述第一漿料的顆粒粒徑dv50為0.4μm~1.0μm。

12、在一些可能的實(shí)施例中，所述二次研磨的轉(zhuǎn)速為500rmp~800rmp；和/或

13、所述第二漿料的顆粒粒徑dv50為0.2μm~0.8μm。

14、在一些可能的實(shí)施例中，所述一次燒結(jié)的條件包括：溫度為500℃~700℃，時(shí)間為6~12h，升溫速率為2℃/min~5℃/min；和/或

15、所述二次燒結(jié)的條件包括：溫度為700℃~850℃，時(shí)間為6~12h，升溫速率為2℃/min~5℃/min。

16、本申請實(shí)施例還提供了一種lmfp正極材料，該lmfp正極材料采用前述的lmfp正極材料的制備方法制備，所述lmfp正極材料包括正極活性材料和位于所述正極活性材料表面的包覆層，其中，所述正極活性材料中摻雜有鎂元素，所述包覆層中含有鈮元素。

17、在一些可能的實(shí)施例中，鈮元素以linbo3的形式存在。

18、在一些可能的實(shí)施例中，以所述lmfp正極材料總質(zhì)量為100%計(jì)，所述鎂元素的質(zhì)量含量為0.3%~0.9%。

19、在一些可能的實(shí)施例中，以所述lmfp正極材料總質(zhì)量為100%計(jì)，所述鈮元素的質(zhì)量含量為0.1%~0.5%。

20、本申請實(shí)施例還提供了一種電化學(xué)裝置，該電化學(xué)裝置包括正極極片、負(fù)極極片、隔離膜以及電解液，其中，所述隔離膜設(shè)置在所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，所述正極極片包括前述的lmfp正極材料。

21、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請實(shí)施例提供的lmfp正極材料采用兩段研磨和兩段燒結(jié)工藝形成，一次研磨和一次燒結(jié)在lmfp正極材料的體相摻雜鎂元素；二次研磨和二次燒結(jié)在lmfp正極材料的表面形成含有鈮元素的包覆層，得到體相摻雜鎂、表層包覆鈮的摻雜包覆協(xié)效的lmfp正極材料。其中，體相中摻雜鎂元素通過降低循環(huán)過程中mn3+的姜-泰勒（jahn-teller）效應(yīng)，促進(jìn)mn2+/3+氧化還原反應(yīng)，增強(qiáng)了lmfp正極材料的電子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時(shí)表層包覆鈮元素，有效提高了lmfp正極材料的表面離子電導(dǎo)率，進(jìn)而提高lmfp正極材料比容量。體相中的鎂元素和表面相中的鈮元素協(xié)同作用，共同改善了lmfp正極材料的電子和離子導(dǎo)電性、比容量以及循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述第一漿料中鎂元素與鋰元素的摩爾比為（0.002~0.006）：1；和/或

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述一次研磨的轉(zhuǎn)速為500rmp~800rmp；和/或

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述二次研磨的轉(zhuǎn)速為500rmp~800rmp；和/或

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述一次燒結(jié)的條件包括：溫度為500℃~700℃，時(shí)間為6~12h，升溫速率為2℃/min~5℃/min；和/或

6.一種磷酸錳鐵鋰正極材料，其特征在于，由如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法制得，所述磷酸錳鐵鋰正極材料包括正極活性材料和位于所述正極活性材料表面的包覆層，其中，所述正極活性材料中摻雜有鎂元素，所述包覆層中含有鈮元素。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸錳鐵鋰正極材料，其特征在于，鈮元素以linbo3的形式存在。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸錳鐵鋰正極材料，其特征在于，以所述磷酸錳鐵鋰正極材料總質(zhì)量為100%計(jì)，所述鎂元素的質(zhì)量含量為0.3%~0.9%。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸錳鐵鋰正極材料，其特征在于，以所述磷酸錳鐵鋰正極材料總質(zhì)量為100%計(jì)，所述鈮元素的質(zhì)量含量為0.1%~0.5%。

10.一種電化學(xué)裝置，其特征在于，包括正極極片、負(fù)極極片、隔離膜以及電解液，其中，所述隔離膜設(shè)置在所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，所述正極極片包括如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法制備得到的磷酸錳鐵鋰正極材料或如權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的磷酸錳鐵鋰正極材料。

技術(shù)總結(jié)
一種磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法、電化學(xué)裝置，該磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法包括將錳源、鐵源、第一磷源、鋰源、第一碳源和鎂源混合并進(jìn)行一次研磨，得到第一漿料；將第一漿料進(jìn)行一次燒結(jié)，得到磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體；將磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體、第二磷源、第二碳源和鈮源混合并進(jìn)行二次研磨，得到第二漿料；以及將第二漿料進(jìn)行二次燒結(jié)，得到磷酸錳鐵鋰正極材料，其中，鎂元素以摻雜的形式存在于磷酸錳鐵鋰正極材料的體相，鈮元素以包覆的形式存在于磷酸錳鐵鋰正極材料的包覆層。該制備方法將鎂和鈮共摻雜包覆，兩者協(xié)同作用，共同改善了磷酸錳鐵鋰正極材料的電子和離子導(dǎo)電性、比容量以及循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：馬艷芳,連林,秦錦,趙云虎,張新龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通瑞翔新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2