【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种改性磷酸锰铁锂材料、其制备方法及应用。
技术介绍
1、磷酸锰铁锂是一种新型的正极材料，它是在磷酸铁锂的基础上添加了锰元素。锰元素的引入使得磷酸锰铁锂具有更高的电压、更高的能量密度和更优异的低温性能。
2、然而，它也存在一些问题，比如，锰元素的存在使得锂离子的脱嵌和移动变得更加困难，从而降低了磷酸锰铁锂的导电性能。此外，在循环使用过程中，锰的溶出易导致锂离子电池的循环性能下降。磷酸锰铁锂的导电性能差、电池的循环性能差等缺点，限制了磷酸锰铁锂的规模化应用。
3、因此，如何改性磷酸锰铁锂材料，开发出满足高循环性能、高能量密度要求的正极材料，是一个重要的研究方向。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种改性磷酸锰铁锂材料、其制备方法及应用，以解决现有技术中磷酸锰铁锂的导电性能差、电池的循环性能差的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种改性磷酸锰铁锂材料的制备方法。改性磷酸锰铁锂材料的原料包括固体原料，固体原料包括磷酸锰铁锂、有机金属化合物和碳纳米管，制备方法包括以下步骤：步骤s1，将固体原料和第一溶剂依次进行第一混合、第一干燥，得到第一混合物；在第一惰性气氛下，将第一混合物进行第一煅烧，得到第一烧料；步骤s2，将第一烧料浸泡在第二溶剂中进行静置，然后依次进行洗涤、第二干燥，得到改性磷酸锰铁锂材料。采用上述制备方法制备得到的改性磷酸锰铁锂材料中，碳层与磷酸锰铁锂材料之间存在
3、进一步地，按重量份数计，步骤s1中，磷酸锰铁锂:有机金属化合物:碳纳米管＝15:(0.5～1.5):(0.5～1.5)；优选地，有机金属化合物和碳纳米管的总和:磷酸锰铁锂＝(1.5～2.5):15；优选地，有机金属化合物:碳纳米管＝(0.8～1.2):1；和/或第一溶剂:固体原料＝100:(4～8)；和/或有机金属化合物包括柠檬酸铁、二茂铁和氯化血红素的一种或多种；和/或碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；和/或碳纳米管的直径为5～30nm，长度为1～5μm，长径比为30～1000，壁厚为1～3nm；和/或第一溶剂包括水、乙醇、甲醛和n-甲基吡咯烷酮的一种或多种。上述条件下，制备得到的改性磷酸锰铁锂的碳层厚度更适宜、趋于一致，更有利于提升磷酸锰铁锂的导电性能。
4、进一步地，步骤s1中，第一混合包括超声、搅拌和研磨的一种或多种；优选地，超声的频率为50～100hz，时间为1～3h；搅拌的转速为800～3000rpm，时间为1～3h；和/或第一干燥的温度为60～120℃，时间为8～24h；和/或第一惰性气氛为氮气和/或氩气；和/或第一煅烧的温度为900～1100℃，时间为1～3h。上述条件下，更有利于反应充分进行。
5、进一步地，步骤s2中，第二溶剂的pka为0.15～0.40；优选地，第二溶剂包括盐酸、硝酸和硫酸的一种或多种；更优选地，当第二溶剂为盐酸时，盐酸摩尔浓度为0.5～1.5mol·l-1。上述种类的溶剂能够更加有效去除第一烧料表面的由有机金属化合物引进的金属元素。
6、进一步地，步骤s2中，静置的时间为0.5～1h；和/或用第三溶剂冲洗第一烧料，离心，以进行洗涤；优选地，第三溶剂包括水、乙醇、甲醛和n-甲基吡咯烷酮的一种或多种；和/或第二干燥为冷冻干燥；和/或第二干燥的温度为-50～-10℃，时间为8～12h。如此操作，能够更加充分地去除有机金属化合物引入的金属元素。
7、进一步地，步骤s1中，磷酸锰铁锂由以下步骤制备得到：按照化学计量比li:m:mn:p＝(1.01～1.1):(0.4～0.6):(0.4～0.6):1，称量主料，主料包括锂源、掺杂金属源、锰源和磷源，与第四溶剂和碳源混合，得到第二混合物；将第二混合物进行研磨，并在第二惰性气氛下进行第二煅烧，得到第二烧料；其中，m包括fe和可选的mg，掺杂金属源包括铁源和可选的镁源；优选地，m包括fe和mg，fe和mg的化学计量比为(0.397～0.599):(0.001～0.003)，掺杂金属源包括铁源和镁源；优选地，锂源包括碳酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂和氢氧化锂的一种或多种；和/或铁源包括三氧化二铁、磷酸铁和草酸亚铁的一种或多种；和/或锰源包括碳酸锰、磷酸锰、三氧化二锰和四氧化三锰的一种或多种；和/或磷源包括磷酸二氢锂、磷酸二氢铵、磷酸铁和磷酸锰的一种或多种；优选地，m包括fe和mg，镁源包括氧化镁、乙酸镁和碳酸镁的一种或多种；更优选地，磷酸锰铁锂的化学计量比中，(fe+mg+mn):p＝(0.9～1.1):1；优选地，碳源包括淀粉、海绵碳、石墨炔和葡萄碳的一种或多种；和/或按质量百分比计，碳源为主料的0.8～3％；和/或第四溶剂包括水、乙醇和丙醇的一种或多种；和/或第二混合物的固含量为25～30％；和/或第二惰性气氛为氮气和/或氩气；和/或研磨包括球磨、砂磨和盘式砂磨的一种或多种；当研磨的方式为球磨时，球磨的时间为1～3h，转速为800～3000rpm；和/或第二煅烧的温度为730～800℃，时间为6～12h。上述条件下更便于实际操作，原料易得，操作简单，材料的电化学性能更佳。
8、根据本专利技术的另一方面，提供了一种改性磷酸锰铁锂材料，根据上述制备方法制备得到。本专利技术的改性磷酸锰铁锂材料，能够减小电池循环使用过程中li+插入带来的应力，有效抑制锰元素溶出，加快离子传输，导电性能和循环性能佳。
9、进一步地，改性磷酸锰铁锂材料包括碳纳米管和碳包覆的磷酸锰铁锂，形貌为类生物神经形貌，类生物神经形貌包括类细胞体和类轴突，类细胞体通过类轴突相连；其中，碳纳米管为类轴突，碳包覆的磷酸锰铁锂为类细胞体；其中，碳包覆的磷酸锰铁锂材料为中空结构。碳纳米管在各个包覆有碳的磷酸锰铁锂材料之间相互连接，作为能够快速传输离子和电子的传输通道，促进电解质渗透进磷酸锰铁锂中，有利于加快离子传输，有效提高磷酸锰铁锂的导电性能和循环性能。
10、根据本专利技术的另一方面，提供了一种正极极片，包括上述改性磷酸锰铁锂材料。由于使用了上述改性磷酸锰铁锂材料，正极材料具有较高的压实密度和克容量，循环性能、导电性能等电化学性能优异。
11、根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂离子电池，包括上述正极极片。锂离子电池的压实密度高，克容量高，电化学性能优异。
12、应用本专利技术的制备方法，制备得到的改性磷酸锰铁锂材料中，碳层与磷酸锰铁锂材料之间存在空隙，空隙可以减少电池循环使用过程中li+插入带来的应力，从而能够有效提升电极材料的导电性能。而且，碳层能够有效抑制改性磷酸锰铁锂材料中锰元素溶出，有利于保持电极结构的完整性，还有利于提升电池的循环性能。此外，本专利技术制备方法制备得到的改本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述改性磷酸锰铁锂材料的原料包括固体原料，所述固体原料包括磷酸锰铁锂、有机金属化合物和碳纳米管，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述步骤S1中，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第二溶剂的pKa为0.15～0.40；
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述静置的时间为0.5～1h；和/或
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述磷酸锰铁锂由以下步骤制备得到：
7.一种改性磷酸锰铁锂材料，其特征在于，根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的改性磷酸锰铁锂材料，其特征在于，
9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求7或8所述的改性磷酸锰铁锂材料。
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【技术特征摘要】
1.一种改性磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述改性磷酸锰铁锂材料的原料包括固体原料，所述固体原料包括磷酸锰铁锂、有机金属化合物和碳纳米管，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述步骤s1中，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述第二溶剂的pka为0.15～0.40；
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：江维亚，钟明明，王伟杰，张蒙蒙，张公平，谢佳珈，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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