【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、磷酸锰铁锂(limnxfe1-xpo4)是在磷酸铁锂(lifepo4)的基础上掺杂一定比例的锰(mn)而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料。通过锰元素的掺杂，一方面使得铁和锰两种元素的优势特点能够有效结合，而另一方面锰和铁在元素周期表中都位于第四周期副族且相邻，具有相近的离子半径以及部分化学性质，故而掺杂不会明显影响原有的结构。
2、与磷酸铁锂相比，由于锰高电压的特性，使得磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，达到4.1v，这也导致在比容量相同时其具有更高的能量密度，在相同条件下能量密度比磷酸铁锂高出10％-20％。同时，磷酸锰铁锂的低温性能也比磷酸铁锂更好，但是随着锰占比增加，低导电率导致容量难以发挥，电解质副反应导致材料的容量难以发挥，充放电能力受限，锰的引入使得材料的导电性能明显降低。
3、目前磷酸锰铁锂常见的制备方法主要有固相法和液相法两类，不同方法制备的磷酸锰铁锂的品质差异较大。固相法的优势是成本低廉、产量高、工艺简单，劣势是材料倍率性能差，随着锰含量的增加，虽然放电平台均能保持在4.0v左右，但比容量却有大幅减少的趋势，比容量的大幅下降造成了能量密度的逐步降低；液相法包括溶剂热法和溶胶凝胶法，优势是产品纯度高，劣势是工艺复杂、成本高，尤其溶胶凝胶法原料较贵且有污染性，不适合工业化大规模生产。
4、因此，磷酸锰铁锂正极材料性能的提高和成本的降低仍是越过锂离子电池发展壁垒的关键因素，需要提供一种针对上
技术实现思路
1、针对现有磷酸锰铁锂正极材料存在的比容量低、循环性能差、生产成本高等问题，本专利技术的目的在于提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将混合原料：锂源、锰源、铁源、磷源、碳源和掺杂元素源，放入球磨机中，在室温下进行球磨处理；
5、(2)湿磨：向球磨后的混合原料中加入溶剂，得到浆料，继续球磨处理；
6、(3)对球磨后的浆料，进行干燥、研磨、过筛处理，得前驱体；
7、(4)在惰性气体的气氛下，对前驱体进行烧结处理，烧结后冷却到室温，过筛，即得。
8、优选的，步骤(1)中，碳源为酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖中的任一种或两种及以上；混合原料中碳源的质量为锂源、锰源、铁源、磷源和掺杂元素源总质量的5-7％。
9、优选的，步骤(1)中，碳源为聚乙烯醇和聚乙二醇；聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比为(1-2)：(1-2)。
10、优选的，步骤(1)中，按照锂元素、锰元素、铁元素、磷元素、掺杂元素计，混合原料中锂元素：锰元素：铁元素：磷元素：掺杂元素的摩尔比为1：a：b-x：1：x，其中0.5≤a≤0.8、0.2≤b≤0.5、0.02≤x≤0.04；
11、聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比为1：1。
12、优选的，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸锂中的任一种或两种及以上；所述锰源为硫酸锰、碳酸锰、四氧化三锰中的任一种或两种及以上；
13、所述铁源为磷酸铁、草酸亚铁、硫酸亚铁中的任一种或两种及以上；
14、所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铁、磷酸中的任一种或两种及以上；
15、所述掺杂元素为zn、ni、cr、mg、co中的任一种或两种及以上；掺杂元素为zn时，锌源为氯化锌、硝酸锌、氧化锌、醋酸锌中的任一种或两种及以上。
16、优选的，步骤(1)、(2)中球磨处理的介质球为氧化锆；步骤(2)中溶剂为去离子水。
17、优选的，步骤(1)中，球磨的转速为400-600rpm，球磨时间为4-6h；
18、步骤(2)中，加入溶剂后，浆料的固含量为50-70％；球磨的转速为400-600rpm，球磨时间为4-6h；
19、步骤(3)中，干燥处理的温度为100℃，时间为8-12h，干燥箱的压力为-0.1mpa；研磨处理在浆料干燥后冷却至室温后进行；过筛时采用100目的筛网处理。
20、优选的，惰性气体的通入量为200-250ml/min，惰性气体为氩气和/或氮气；烧结温度为600-650℃，烧结时间为8-10h；过筛时采用200目的筛网处理。
21、本专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料，所述磷酸锰铁锂正极材料由所述的制备方法制备得到。
22、本专利技术提供一种所述的磷酸锰铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
23、有益效果：
24、本专利技术提供了一种磷酸锰铁锂正极材料，采用聚乙烯醇和聚乙二醇的复合碳源，以水为溶剂进行湿磨处理的制备方法，明显改善了磷酸锰铁锂的循环性能；并且原材料与仪器成本低，生产效率高，可实现大规模生产。
25、本专利技术制备磷酸锰铁锂正极材料时，以水为溶剂进行球磨处理，改善了溶剂的种类。现有方法中多采用混合了其他有机溶剂或者分散剂的球磨方法，该方法在大规模生产中比较危险，成本也较高，本专利技术以水为溶剂进行处理后很好的改善了该问题。
26、本专利技术制备方法通过优化碳源添加量、复合碳源的混合比例、湿磨的溶剂选用、烧结的温度选用等参数，明显提高了磷酸锰铁锂正极材料的电学性能。其中，所得磷酸锰铁锂正极材料组装的电池的放电比容量达158.33mah/g(0.1c)、156.90mah/g(0.2c)、154.88mah/g(0.5c)、154.18mah/g(1c)，1c/20周的容量保持率为99.68％，循环性能佳。
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1.一种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：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳源为酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖中的任一种或两种及以上；混合原料中碳源的质量为锂源、锰源、铁源、磷源和掺杂元素源总质量的5-7％。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳源为聚乙烯醇和聚乙二醇；聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比为(1-2)：(1-2)。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)、(2)中球磨处理的介质球为氧化锆；步骤(2)中溶剂为去离子水。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，惰性气体的通入量为200-250mL/min，惰性气体为氩气和/或氮气；烧结温度为600-650℃，烧结时间为8-10h；过筛时采用200目的筛网处理。
9.一种磷酸锰铁锂正极材料
10.如权利要求9所述的磷酸锰铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种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：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳源为酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖中的任一种或两种及以上；混合原料中碳源的质量为锂源、锰源、铁源、磷源和掺杂元素源总质量的5-7％。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳源为聚乙烯醇和聚乙二醇；聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比为(1-2)：(1-2)。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永锋，刘泽萍，韩柳阳，何志鹏，尹金佩，武娇娇，侯冬轩，慕朝阳，孙斌，刘慧慧，商慧慧，李超，
申请(专利权)人：河南钠锂优材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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