一种磷酸锰铁及其制备方法、磷酸锰铁锂、锂离子电池和涉电设备与流程

本申请涉及锂离子电池材料，具体而言，涉及一种磷酸锰铁及其制备方法、磷酸锰铁锂、锂离子电池和涉电设备。

背景技术：

1、相较于磷酸铁锂(lifepo4)，磷酸锰铁锂将fe部分取代为mn，提高了放电平台电压(从3.4v提升至4.1v)，提升了能量密度(15％-20％)，是动力电池材料中最有希望的正极材料之一。磷酸锰铁作为磷酸锰铁锂的前驱体，其形貌、粒径、比表、孔径、结晶度、晶粒尺寸等对磷酸锰铁锂的性能都有一定的影响。

2、目前磷酸锰铁的晶粒尺寸少有人关注，且大部分技术中合成的磷酸锰铁晶粒尺寸大于100nm，将此晶粒尺寸范围内的磷酸锰铁制备成正极材料后，正极材料的倍率性能较差。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种磷酸锰铁及其制备方法、磷酸锰铁锂、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

2、本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

3、本申请提供一种磷酸锰铁，该磷酸锰铁在(111)晶面、(110)晶面、(-111)晶面、(021)晶面、(-202)晶面和(022)晶面的平均晶粒尺寸为28.0nm-40.0nm。

4、在本申请的一些实施方式中，磷酸锰铁满足以下条件中的一个或多个：

5、a.(111)晶面的晶粒尺寸为30.0nm-40.0nm；

6、b.(110)晶面的晶粒尺寸为40.0nm-50.0nm；

7、c.(-111)晶面的晶粒尺寸为40.0nm-50.0nm；

8、d.(021)晶面的晶粒尺寸为30.0nm-40.0nm；

9、e.(-202)晶面的晶粒尺寸为25.0nm-40.0nm；

10、f.(022)晶面的晶粒尺寸为20.0nm-30.0nm。

11、在本申请的一些实施方式中，磷酸锰铁满足以下a～d条件中的一个或多个：

12、a.磷酸锰铁的d50为1μm-20μm；

13、b.磷酸锰铁的比表面积为6m2/g-20m2/g；

14、c.磷酸锰铁的孔容为0.020cm3/g-0.030cm3/g；

15、d.磷酸锰铁的平均孔径为12.0nm-20.0nm。

16、在本申请的一些实施方式中，磷酸锰铁的化学通式为mn1-xfexpo4，0.01≤x≤0.99。

17、本申请还提供一种上述磷酸锰铁的制备方法，其包括：将铁源和锰源混合形成的浆料，与磷酸混合进行反应，得到水合磷酸锰铁；再将水合磷酸锰铁进行热处理，得到磷酸锰铁。

18、在本申请的一些实施方式中，水合磷酸锰铁的制备包括：将铁源和锰源混合制得固含量为5％-20％的浆料，然后将浆料加入磷酸中，维持温度在20℃-100℃进行反应，控制浆料进料时间为0.5h-1.5h，反应完成后，再进行洗涤、过滤和干燥，得到水合磷酸锰铁。

19、在本申请的一些实施方式中，铁源和锰源的物质的量的比值为(1-99)：(99-1)；磷酸的物质的量和铁源、锰源的总物质的量的比值为1：(0.6-1)。

20、在本申请的一些实施方式中，铁源包括无定型磷酸铁、无定型磷酸铵铁、无定型羟基磷酸铁的一种或多种，锰源包括氢氧化氧锰、四氧化三锰、二氧化锰、水合二氧化锰、氢氧化锰、三氧化二锰中一种或多种。

21、在本申请的一些实施方式中，干燥的温度为80℃-120℃，干燥时间为2h-12h。

22、本申请还提供一种磷酸锰铁锂，将水合磷酸锰铁在400℃-480℃下热处理2h-8h，得到磷酸锰铁。

23、本申请还提供一种磷酸锰铁锂，磷酸锰铁锂的原料包括上述磷酸锰铁和上述制备方法制备的磷酸锰铁。

24、本申请还提供一种锂离子电池，锂离子电池的正极原料包括上述磷酸锰铁锂。

25、本申请还提供一种涉电设备，包括上述锂离子电池。

26、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

27、本申请提供一种磷酸锰铁及其制备方法、磷酸锰铁锂、锂离子电池和涉电设备，本申请提供的磷酸锰铁，其平均晶粒尺寸小，磷酸锰铁的平均晶粒尺寸在28.0nm-40.0nm范围内时，制备成的磷酸锰铁锂具有优异的容量、倍率和循环性能。这是由于：磷酸锰铁的晶粒尺寸过大，不利于制备磷酸锰铁与锂源充分反应，进而导致制备出的正极材料的容量与倍率性能降低。磷酸锰铁的晶粒尺寸过小，则可能影响磷酸锰铁的结晶度，进而影响磷酸锰铁锂的结晶度，此外，还可能导致磷酸锰铁与锂源混合烧结时的晶体结构崩塌，从而影响电池的容量、倍率性能和循环性能。因此磷酸锰铁的晶粒尺寸存在一个合适的范围，晶粒尺寸在这个范围内，既能保证其与碳源、锂源等充分反应，又能保证其高结晶度与晶体结构完整，从而提升磷酸锰铁锂的充放电容量、倍率性能。

技术特征：

1.一种磷酸锰铁，其特征在于，所述磷酸锰铁在(111)晶面、(110)晶面、(-111)晶面、(021)晶面、(-202)晶面和(022)晶面的平均晶粒尺寸为28.0nm-40.0nm。

2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁，其特征在于，所述磷酸锰铁满足以下条件中的一个或多个：

3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁，其特征在于，所述磷酸锰铁满足以下a～d条件中的一个或多个：

4.根据权利要求1-3中任一项所述磷酸锰铁，其特征在于，所述磷酸锰铁的化学通式为mn1-xfexpo4，0.01≤x≤0.99。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述磷酸锰铁的制备方法，其特征在于，其包括：将铁源和锰源混合形成的浆料，与磷酸混合进行反应，得到水合磷酸锰铁；再将所述水合磷酸锰铁进行热处理，得到磷酸锰铁。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水合磷酸锰铁的制备包括：将铁源和锰源混合制得固含量为5％-20％的浆料，然后将所述浆料加入磷酸中，维持温度在20℃-100℃进行反应，控制所述浆料进料时间为0.5h-1.5h，反应完成后，再进行洗涤、过滤和干燥，得到水合磷酸锰铁；

7.根据权利要求5-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述水合磷酸锰铁在400℃-480℃下热处理2h-8h，得到磷酸锰铁。

8.一种磷酸锰铁锂，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的原料包括权利要求1-4中任一项所述磷酸锰铁或权利要求5-7中任一项所述制备方法制备的磷酸锰铁。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极原料包括权利要求8所述的磷酸锰铁锂。

10.一种涉电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结
本申请公开了一种磷酸锰铁及其制备方法、磷酸锰铁锂、锂离子电池和涉电设备。本申请提供一种磷酸锰铁，该磷酸锰铁的平均晶粒尺寸为28.0nm‑40.0nm。磷酸锰铁的平均晶粒尺寸在上述范围时，能保证磷酸锰铁与碳源、锂源充分接触并发生反应，又能保证磷酸锰铁在烧结过程中保持结构完整，使得磷酸锰铁锂也具有完整的晶体结构，从而提升磷酸锰铁锂的充放电容量、倍率性能。

技术研发人员：何宇轩,伍兴科,訚硕
受保护的技术使用者：贵州中伟兴阳储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23