特許ウォッチ

公開番号2025078558
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2023214415
出願日2023-12-20
発明の名称炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料、製造方法及びその適用
出願人湖北融通高科先進材料集団股フン有限公司
代理人個人
主分類C01B 25/45 20060101AFI20250509BHJP(無機化学)
要約【課題】安定した階層構造を有し、リン酸マンガン鉄リチウム元素分布の均一性が高く、金属がドープされ、緻密で均一な炭素被覆層が得られ、材料の電気化学性能を好ましく向上させることができる炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料、およびプロセスフローが簡単であり、大規模な工業生産における適用に適する炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法を提供する。
【解決手段】LiFe_1-x-yMn_xM_yPO₄@Cからなり、式中、Mが、Mg、V、Zr、Nb、In、Al、Co及びNiのうちの少なくとも1種を含み、0.5≦x≦0.8、0<y≦0.02であり、Cが被覆炭素である炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＬｉＦｅ
１－ｘ－ｙ
Ｍｎ
ｘ
Ｍ
ｙ
ＰＯ
４
＠Ｃからなり、式中、ＭがＭｇ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも１種を含み、０．５≦ｘ≦０．８、０＜ｙ≦０．０２であり、Ｃが被覆炭素である、ことを特徴とする
炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
一定の割合で、鉄源、マンガン源、リン酸及び脱イオン水を混合して溶解し、液相共沈法でリン酸鉄マンガン前駆体を製造し、リン酸鉄マンガン前駆体をそれぞれ不活性雰囲気下で１回目焼結し、結晶水を除去して、無水リン酸鉄マンガン前駆体を得る工程Ｓ１０と、
一定の割合で、２組の無水リン酸鉄マンガン前駆体、リン酸リチウム、炭素源、ドーパント及び脱イオン水を混合し、撹拌して分散させ、湿式研磨、噴霧乾燥、２回目焼結を行って、２組の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム中間体を得る工程Ｓ２０であって、ここで、第１組の焼結は、第１温度で行われ、第２組の焼結は、第２温度で行われ、前記第１温度と前記第２温度が異なる工程Ｓ２０と、
一定の割合で、２組の前記炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム中間体、炭素源、ドーパント及び脱イオン水を混合し、撹拌して分散させ、湿式研磨、噴霧乾燥、３回目焼結を行って、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を得る工程Ｓ３０と、を含むことを特徴とする
炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項３】
前記第１温度を４００℃～５００℃とし、前記第２温度を６７０℃～７６０℃とし、焼結時間を４ｈ～６ｈとする、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項４】
前記マンガン源は、硫酸マンガン、塩化マンガン、シュウ酸マンガン、酢酸マンガンのうちの少なくとも１種を含み、及び／又は、
前記鉄源は、硫酸第一鉄、塩化第一鉄、シュウ酸第一鉄及び酢酸第一鉄のうちの少なくとも１種を含む、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項５】
前記リン酸鉄マンガン前駆体の鉄マンガンとリンとのモル比（Ｆｅ＋Ｍｎ）／Ｐを１．４５～１．４６５にし、リチウムと鉄マンガンとのモル比Ｌｉ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）を１．０２～１．０５にする、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項６】
前記炭素源は、グルコース、ポリエチレングリコール、クエン酸、改質黒鉛のうちの少なくとも１種を含み、前記炭素源の添加量が製造される炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を占める質量比は、１．５ｗｔ％～２．０ｗｔ％であり、及び／又は、
前記ドーパントは、Ｍｇ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも１種の化合物を含む、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項７】
２組の前記炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム中間体の混合割合を（１～９）：（９～１）にする、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項８】
前記湿式研磨中に粒径Ｄ５０を０．３μｍ～０．６μｍに制御し、及び／又は、
前記噴霧乾燥に対して、吸気温度を２２０℃～２８０℃とし、排気温度を９０℃～１１０℃とし、及び／又は、
前記３回目焼結に対して、焼結温度を７００℃～８００℃とし、焼結時間を６ｈ～１２ｈとする、ことを特徴とする
請求項２に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法。
【請求項９】
請求項２～８のいずれか一項に記載の製造方法で製造される、
炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料。
【請求項１０】
請求項１又は９に記載の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料で製造された電池正極を含む、ことを特徴とする
リチウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の技術分野に関し、より具体的には、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料、製造方法及び該炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の適用に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
現在の総合性能が最も優れた二次電池の代表としてリチウムイオン電池の商業化は、２０世紀９０年代まで遡ることができ、長年の研究を経て、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料は、現在のリチウムイオン電池の分野における性能が良好な技術ロードマップとなっている。
【０００３】
従来のリン酸マンガン鉄リチウム及びその前駆体の製造方法は、高温固相法、ゾルゲル法及び共沈法などを含み、従来の単一の製造方法で製造された前駆体又は炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料は、圧縮密度が低く、正極材料及び対応する電池に適用される電気化学比容量が低く、高性能の適用ニーズを満たすことができない。
【０００４】
現在、前駆体二段製造方法で炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を製造する手段は、知られているが、該手段には、異なる粒径の粒子前駆体を製造する研磨プロセスが追加されており、プロセス複雑さが増加し、材料の均一性が確保できず、実際に高性能要求を満たす炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を依然として得ることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の内容に鑑み、本発明は、少なくとも従来技術に存在する技術的課題の１つを解決しようとする。このため、本発明は、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料、製造方法及びリチウムイオン電池を提供する。本発明に係る炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料及びその製造方法によれば、安定した階層構造を有し、リン酸マンガン鉄リチウム元素分布の均一性が高く、金属がドープされ、緻密で均一な炭素被覆層が得られ、材料の電気化学性能を好ましく向上させることができる。また、該炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法は、プロセスフローが簡単であり、大規模な工業生産における適用に適する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、第１態様において、本発明の実施例は、ＬｉＦｅ
１－ｘ－ｙ
Ｍｎ
ｘ
Ｍ
ｙ
ＰＯ
４
＠Ｃからなり、式中、ＭがＭｇ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも１種を含み、０．５≦ｘ≦０．８、０＜ｙ≦０．０２であり、Ｃが被覆炭素である、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を提供する。
【０００７】
第２態様において、本発明の実施例は、第１態様に記載のリン酸マンガン鉄リチウム材料を製造する炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料の製造方法を提供し、前記製造方法は、
一定の割合で、鉄源、マンガン源、リン酸及び脱イオン水を混合して溶解し、液相共沈法でリン酸鉄マンガン前駆体を製造し、リン酸鉄マンガン前駆体をそれぞれ不活性雰囲気下で１回目焼結し、結晶水を除去して、無水リン酸鉄マンガン前駆体を得る工程Ｓ１０と、
一定の割合で、２組の無水リン酸鉄マンガン前駆体、リン酸リチウム、炭素源、ドーパント及び脱イオン水を混合し、撹拌して分散させ、湿式研磨、噴霧乾燥、２回目焼結を行って、２組の炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム中間体を得る工程Ｓ２０であって、ここで、第１組の焼結は、第１温度で行われ、第２組の焼結は、第２温度で行われ、前記第１温度と前記第２温度が異なる工程Ｓ２０と、
一定の割合で、２組の前記炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム中間体、炭素源、ドーパント及び脱イオン水を混合し、撹拌して分散させ、湿式研磨、噴霧乾燥、３回目焼結を行って、炭素被覆リン酸マンガン鉄リチウム材料を得る工程Ｓ３０と、を含む。
【０００８】
好ましくは、前記第１温度を４００℃～５００℃とし、前記第２温度を６７０℃～７６０℃とし、焼結時間を４ｈ～６ｈとする。
【０００９】
好ましくは、前記マンガン源は、硫酸マンガン、塩化マンガン、シュウ酸マンガン、酢酸マンガンのうちの少なくとも１種を含み、及び／又は、
前記鉄源は、硫酸第一鉄、塩化第一鉄、シュウ酸第一鉄及び酢酸第一鉄のうちの少なくとも１種を含む。
【００１０】
好ましくは、前記リン酸鉄マンガン前駆体の鉄マンガンとリンとのモル比（Ｆｅ＋Ｍｎ）／Ｐを１．４５～１．４６５にし、リチウムと鉄マンガンとのモル比Ｌｉ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）を１．０２～１．０５にする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許