【技术实现步骤摘要】
本申请涉及磷酸锰铁锂材料制备，特别涉及一种高性能磷酸锰铁锂及其制备方法、应用。
技术介绍
1、在可再生能源和电动设备的存储系统中，电池技术是至关重要的一环。随着全球对环保和可持续发展的关注增加，对于高性能、环境友好型电池材料的需求也日益增长。磷酸锰铁锂(limnfepo4)作为一种新型正极材料，因其高的理论容量、优异的热稳定性和良好的循环性能而备受关注。这些特性使得磷酸锰铁锂成为电动汽车和大型储能系统等领域的理想选择。
2、传统的磷酸锰铁锂制备方法包括固相合成、溶胶－凝胶法和水热法等。这些方法在实验室规模上取得了一定的成功，但在工业化生产中仍面临着诸多挑战。例如，固相合成法通常需要长时间的高温煅烧，这不仅能耗高，而且容易导致颗粒生长过大，影响材料的电化学性能。溶胶－凝胶法虽然可以制备出粒度均匀的粉末，但过程复杂，成本较高，且难以大规模生产。水热法在控制产物纯度和粒度分布方面也存在困难。
3、磷酸锰铁锂材料虽然具有一系列显著优势，如高热稳定性、环境友好和成本效益，但其在商业应用中也面临一些缺陷和挑战。这些缺陷主要包括电导率低、锂离子扩散速率慢、能量密度有限以及结构稳定性问题，进而导致电池的电化学性能不佳。为了克服这些缺陷，研究人员正在开发新的合成方法、掺杂策略和复合材料，以提高磷酸锰铁锂的性能和稳定性，同时降低成本和环境影响。
4、如中国专利申请cn 105406067a公开了一种氧化钛修饰磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，其在制备过程中加入钛源，最终形成氧化钛包覆层，并且加入碳源经碳化后形成碳层，
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种高性能磷酸锰铁锂及其制备方法、应用，以解决相关技术中磷酸锰铁锂材料电导率低、锂离子扩散速率慢以及结构稳定性问题，进而提升电池的电化学性能，尤其是长循环稳定性。
2、第一方面，提供了一种高性能磷酸锰铁锂的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤1、将铁源、锂源、锰源、磷源混合得到混合料，加入碳源混匀，加入有机溶剂后经球磨、砂磨、喷雾干燥和煅烧后得到碳包覆的磷酸锰铁锂；这一过程中，碳的加入不仅提高了材料的电导率，还有助于抑制颗粒的生长，从而获得更细小的颗粒和更大的比表面积；
4、步骤2、将碳包覆的磷酸锰铁锂、锂盐与酸性钛溶胶混合并搅拌均匀后静置，然后加入羟基丙烯酸混匀后反应；钛溶胶的添加可以改善材料的导电性，而羟基丙烯酸的加入可通过有机－无机杂化的方式进一步优化材料的电化学性能，并且在碳化后有助于增加结构稳定性；
5、步骤3、再加热并保温处理，最后经离心、洗涤、喷雾干燥和惰性气氛下煅烧，得到所述高性能的磷酸锰铁锂。
6、在任意实施方式中，步骤1中所述锂源(按li计)、铁源(按fe计)、锰源(按mn计)、磷源(按p计)的摩尔比为(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
7、在任意实施方式中，步骤1中所述碳源与所述混合料的质量比为(0.001－0.05)：1。
8、在任意实施方式中，步骤1中所述有机溶剂选自无水乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮和乙酸中的一种。
9、在任意实施方式中，步骤2中所述锂盐(按li计)、磷酸锰铁锂(按li计)的摩尔质量比为(0.001－0.05)：1。
10、在任意实施方式中，步骤2中所述酸性钛溶胶的ph值为5－6。
11、在任意实施方式中，所述酸性钛溶胶的加入量与步骤2加入的锂盐(按li计)的摩尔质量比为(0.8－1.2)：1。
12、在任意实施方式中，步骤3中所述加热并保温的温度为100－250℃，时间为2－10h。
13、在任意实施方式中，步骤2中所述羟基丙烯酸的加入量与钛溶胶的质量比为(1－5)：1。
14、在任意实施方式中，步骤2中所述静置的时间为0.5－2h，反应的时间为3－8h。
15、在任意实施方式中，步骤3中所述喷雾干燥的温度为150－300℃。
16、在任意实施方式中，步骤3中所述煅烧的温度为500－800℃，时间为2－15h。
17、在任意实施方式中，步骤1中所述铁源选自铁粉、氧化铁、磷酸铁中的至少一种。
18、在任意实施方式中，步骤1中所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、磷酸锂中的至少一种。
19、在任意实施方式中，所述锰源选自二氧化锰、磷酸锰、碳酸锰中的至少一种。
20、在任意实施方式中，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇(peg)中的至少一种。
21、在任意实施方式中，所述磷源选自磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵中的至少一种。
22、步骤2中所述锂盐选自碳酸锂、草酸锂、磷酸锂中的至少一种。
23、在任意实施方式中，步骤2中所述羟基丙烯酸为丙烯酸的衍生物，选自3－羟基丙酸、丙烯酸－2－羟乙基酯和2，3－二羟基丙烯酸丙酯中的至少一种。
24、第二方面，本申请提供了利用上述方法制备的高性能磷酸锰铁锂。
25、第三方面，本申请提供了一种正极极片，所述正极片包括上述高性能磷酸锰铁锂。
26、第四方面，本申请提供了一种电池，包括本申请上述正极极片。
27、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
28、本申请在磷酸锰铁锂制备过程中，先加入碳源形成碳包覆层，之后加入酸性氧化钛溶胶，对得到的磷酸锰铁锂进行酸蚀，在制备的球形磷酸锰铁锂表面形成微观结构增加粗糙度，为氧化钛溶胶形成的氧化钛/钛酸锂固溶体提供锚定点，初步增加氧化钛/钛酸锂固溶体包覆层在磷酸锰铁锂表面的附着强度；然后在酸性钛溶胶提供的酸性环境下，加入的小分子羟基丙烯酸类物质与钛溶胶通过羟基交联反应，在干燥及碳化后羟基丙烯酸类物质碳化形成碳包覆层，并且，在形成的氧化钛/钛酸锂固溶体包覆层的外表层中含有碳颗粒，增强了该碳包覆层在材料表面的附着强度；并且小分子的羟基丙烯酸碳化后形成的碳层更加的均匀致密，进一步增加了材料的结构稳定性；
29、本申请制备的磷酸锰铁锂材料由于具有碳包覆层，具有较好的电子电导率和倍率性能，还改善了循环性能；由于加入酸性钛溶胶并形成氧化钛/钛酸锂固溶体包覆层，进一步提高了磷酸锰铁锂材料的电导率，从而提高锂离子的迁移速率和能量密度；由于加入小分子羟基丙烯酸类物质，提高了制备的磷酸锰铁锂材料的结构稳定性和导电性，从而提高锂离子扩散速率和能量密度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述锂源(按Li计)、铁源(按Fe计)、锰源(按Mn计)、磷源(按P计)的摩尔比为(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
3.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述碳源与所述混合料的质量比为(0.001－0.05)：1。
4.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述锂盐(按Li计)与所述磷酸锰铁锂(按Li计)的摩尔质量比为(0.001－0.05)：1。
5.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述酸性钛溶胶的pH值为5－6。
6.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述酸性钛溶胶的加入量与步骤2加入的锂盐(按Li计)的摩尔质量比为(0.8－1.2)：1。
7.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述
8.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述羟基丙烯酸为丙烯酸的衍生物，选自3－羟基丙酸、丙烯酸－2－羟乙基酯和2，3－二羟基丙烯酸丙酯中的至少一种。
9.一种根据权利要求1－9任一项所述方法制备的高性能磷酸锰铁锂。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述锂源(按li计)、铁源(按fe计)、锰源(按mn计)、磷源(按p计)的摩尔比为(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
3.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述碳源与所述混合料的质量比为(0.001－0.05)：1。
4.根据权利要求1所述高性能磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述锂盐(按li计)与所述磷酸锰铁锂(按li计)的摩尔质量比为(0.001－0.05)：1。
5.根据权利要求1所述高性能磷...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭进康，刘畅，王晓琴，
申请(专利权)人：武汉中科先进材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。