【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池正极材料，尤其涉及一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着便携式电子设备、电动汽车以及大规模储能设备市场的不断发展，锂离子电池的性能提升显得愈发重要。正极是锂离子电池的关键组成部分之一，正极材料的性能对锂离子电池的性能具有决定性作用。橄榄石型正极材料具有较高安全性能和较低成本的优势，其中磷酸锰铁锂和磷酸铁锂均属于橄榄石型正极材料，磷酸铁锂材料具有良好的安全性能及循环稳定性，但其偏低的电压平台难以满足日益提高的能量密度的需求；相比磷酸铁锂，锰高电压的特性使得磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，使其比容量与磷酸铁锂相同的情况下能量密度提升了10％～20％，并且磷酸锰铁锂兼顾了磷酸铁锂的高安全性、高循环寿命、低成本、环境友好等特性，是目前锂离子电池正极材料的热门研究材料之一。
2、锰的引入除了带来高电压的优势外，也给磷酸锰铁锂材料带来了导电性能差的问题。为解决该问题，通常可通过砂磨机对原材料的研磨实现纳米化，缩短锂离子传输路径，再辅以合适的碳包覆手段，例如与碳源混合后高温烧结来改善材料的电子电导率。但传统的砂磨过程实现纳米化难度较高，耗费时间很长，无法在较短时间内实现材料纳米化的效果，实际生产过程的效率低下；并且，研磨法的原料分散均匀性问题也会给磷酸锰铁锂材料的性能带来较大的影响，研磨过程中锰、铁元素的不均匀分散不仅会带来晶体结构的扭曲，阻碍锂离子的传输，导致导电性下降，还会加重jahn-teller效应带来的锰溶出问题，使磷酸锰铁锂材料循环稳定性变差。此外，传统的高温烧结方法存在碳包覆不均匀
技术实现思路
1、基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法。
2、本专利技术提出了一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、采用溶剂热合成法制备锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体，其中m为镁、镍、钴或者铝；
4、s2、将所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体与磷源、锂源混合后进行高能球磨，得到磷酸锰铁锂前驱体；
5、s3、将所述磷酸锰铁锂前驱体置于反应炉中，通入碳源气体和保护性气体的混合气体，进行烧结，得到一次烧结产物；
6、s4、将所述一次烧结产物冷压成型，然后在保护性气氛下进行热压烧结，得到所述磷酸锰铁锂材料。
7、本专利技术通过溶剂热法合成锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体，可实现前驱体中良好的元素分布均匀性，从而提升了磷酸锰铁锂材料中元素分布的均匀性，有效改善磷酸锰铁锂材料的导电性和循环稳定性；并且由于溶剂热法合成得到的金属-有机复合物前驱体具备较小的粒径，显著减小了后续砂磨降低粒度过程的难度，能在较短时间内实现材料的纳米化；通过采取一次类cvd烧结及二次热压烧结相结合的手段，在有限碳含量的基础上实现了最优的碳包覆效果，并有效限制了磷酸锰铁锂材料的粒径生长，赋予材料良好的导电性能，热压烧结还能改善材料的致密度，从而获得良好的压实密度水平。
8、优选地，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体中，锰元素、铁元素和m元素的摩尔比为(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
9、优选地，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体的制备步骤包括：将锰盐、铁盐和m金属盐充分溶解于异丙醇中，加入甘油混合均匀，然后进行溶剂热反应，即得。通过上述具体的溶剂热合成步骤，可实现前驱体中的元素分布均匀性的提高，从而进一步改善磷酸锰铁锂材料的导电性和循环稳定性。
10、优选地，所述锰盐为四水合硝酸锰，所述铁盐为九水合硝酸铁。
11、优选地，所述m金属盐为m金属的硝酸盐。
12、优选地，所述锰盐中的锰元素、铁盐中的铁元素、m金属盐中的m元素的摩尔量之和与甘油的摩尔量之比为1:2～5。
13、优选地，所述溶剂热反应的温度为150～180℃，时间为10～20h。控制溶剂热反应的温度和时间，可以得到粒径合适、均匀性高的前驱体，从而进一步改善磷酸锰铁锂材料的导电性和循环稳定性。
14、优选地，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体的制备步骤中，加入甘油在搅拌下混合均匀，所述搅拌的转速为200～300r/min，时间为1～3h。
15、在锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体的制备步骤中，溶剂热反应结束后，还可以包括常规的后处理步骤，例如对产物进行离心分离，将得到沉淀进行洗涤、烘干；所述洗涤的过程包括：依次使用去离子水和乙醇冲洗3-5次；所述烘干的温度为80～100℃，时间为10～20h。
16、优选地，s2中，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体中的锰元素、铁元素和m元素的摩尔量之和与磷源的摩尔量、锂源中锂元素的摩尔量之比为1：(0.95～1.05)：(1～1.1)，优选为1:1：(1.01～1.05)。
17、优选地，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸中的至少一种。
18、优选地，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、醋酸锂中的至少一种。
19、优选地，s2中，所述高能球磨的转速为300～500r/min，时间为5～10h。控制高能球磨的条件，可以使前驱体具有合适的粒径和优良的均匀性，改善碳包覆的效果，从而进一步提升材料的电导率和循环性能。
20、优选地，s2中，所述高能球磨在溶剂中进行，所述溶剂为无水乙醇，在球磨结束后，通过烘干将溶剂除去。
21、优选地，s3中，所述碳源气体和保护性气体的混合气体通入的流量为70ml/min～120ml/min，所述碳源气体与保护性气体的体积比为(2～4)：10，在所述气体流量及配比下，可在磷酸锰铁锂材料表面形成均匀且薄的包覆层，在改善导电性能的同时降低非活性物质碳的占比，有利于提升材料的电导率和循环性能。
22、优选地，所述碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷中的至少一种。
23、优选地，s3中，烧结的烧结温度为500～600℃，保温时间为4～6h，在所述的烧结条件下，可以使磷酸锰铁锂材料成相且粒径均匀性高，有利于提升材料的导电性和循环稳定性。
24、优选地，s4中，所述热压烧结的烧结温度为720～750℃，保温时间为8～10h，施加的压力为30～50mpa，在所述热压条件下，可以使材料兼具优良的压实性能合适的比表面积，进一步提升电解液的浸润效果。
25、优选地，s4中，所述冷压成型施加的压力为10～20mpa。
26、在本专利技术中，保护性气氛是指由保护性气体形成的气氛。所述保护性气体例如可以是氮气、氦气、氩气。
27、本专利技术还公开了一种磷酸锰铁锂材料，由所述的制备方法制得。
28、本专利技术的有益效果如下：
29、本专利技术通过溶剂热合成锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锰铁M三元金属-甘油酸盐前驱体中，锰元素、铁元素和M元素的摩尔比为(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锰铁M三元金属-甘油酸盐前驱体的制备步骤包括：将锰盐、铁盐和M金属盐充分溶解于异丙醇中，加入甘油混合均匀，然后进行溶剂热反应，即得。
4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为150～180℃，时间为10～20h。
5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述锰铁M三元金属-甘油酸盐前驱体中的锰元素、铁元素和M元素的摩尔量之和与磷源的摩尔量、锂源中锂元素的摩尔量之比为1:1：(1.01～1.05)。
6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述高能球磨的转速为300～500r/min，时间为5～10h。p>
7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述碳源气体和保护性气体的混合气体通入的流量为70mL/min～120mL/min，所述碳源气体与保护性气体的体积比为(2～4)：10。
8.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，S3中，烧结的烧结温度为500～600℃，保温时间为4～6h。
9.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，S4中，所述热压烧结的烧结温度为720～750℃，保温时间为8～10h，施加的压力为30～50MPa。
10.一种磷酸锰铁锂材料，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体中，锰元素、铁元素和m元素的摩尔比为(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体的制备步骤包括：将锰盐、铁盐和m金属盐充分溶解于异丙醇中，加入甘油混合均匀，然后进行溶剂热反应，即得。
4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为150～180℃，时间为10～20h。
5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述锰铁m三元金属-甘油酸盐前驱体中的锰元素、铁元素和m元素的摩尔量之和与磷源的摩尔量、锂源中锂元素的摩尔量之比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：雍袁星，姚杰，刘蓓，李鹏飞，
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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