【技術實現步驟摘要】
本申請涉及磷酸錳鐵鋰材料制備，特別涉及一種高性能磷酸錳鐵鋰及其制備方法、應用。
技術介紹
1、在可再生能源和電動設備的存儲系統中，電池技術是至關重要的一環。隨著全球對環保和可持續發展的關注增加，對于高性能、環境友好型電池材料的需求也日益增長。磷酸錳鐵鋰(limnfepo4)作為一種新型正極材料，因其高的理論容量、優異的熱穩定性和良好的循環性能而備受關注。這些特性使得磷酸錳鐵鋰成為電動汽車和大型儲能系統等領域的理想選擇。
2、傳統的磷酸錳鐵鋰制備方法包括固相合成、溶膠－凝膠法和水熱法等。這些方法在實驗室規模上取得了一定的成功，但在工業化生產中仍面臨著諸多挑戰。例如，固相合成法通常需要長時間的高溫煅燒，這不僅能耗高，而且容易導致顆粒生長過大，影響材料的電化學性能。溶膠－凝膠法雖然可以制備出粒度均勻的粉末，但過程復雜，成本較高，且難以大規模生產。水熱法在控制產物純度和粒度分布方面也存在困難。
3、磷酸錳鐵鋰材料雖然具有一系列顯著優勢，如高熱穩定性、環境友好和成本效益，但其在商業應用中也面臨一些缺陷和挑戰。這些缺陷主要包括電導率低、鋰離子擴散速率慢、能量密度有限以及結構穩定性問題，進而導致電池的電化學性能不佳。為了克服這些缺陷，研究人員正在開發新的合成方法、摻雜策略和復合材料，以提高磷酸錳鐵鋰的性能和穩定性，同時降低成本和環境影響。
4、如中國專利申請cn?105406067a公開了一種氧化鈦修飾磷酸鐵錳鋰正極材料的制備方法，其在制備過程中加入鈦源，最終形成氧化鈦包覆層，并且加入碳源經碳化后形成碳層，
技術實現思路
1、本申請實施例提供一種高性能磷酸錳鐵鋰及其制備方法、應用，以解決相關技術中磷酸錳鐵鋰材料電導率低、鋰離子擴散速率慢以及結構穩定性問題，進而提升電池的電化學性能，尤其是長循環穩定性。
2、第一方面，提供了一種高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：
3、步驟1、將鐵源、鋰源、錳源、磷源混合得到混合料，加入碳源混勻，加入有機溶劑后經球磨、砂磨、噴霧干燥和煅燒后得到碳包覆的磷酸錳鐵鋰；這一過程中，碳的加入不僅提高了材料的電導率，還有助于抑制顆粒的生長，從而獲得更細小的顆粒和更大的比表面積；
4、步驟2、將碳包覆的磷酸錳鐵鋰、鋰鹽與酸性鈦溶膠混合并攪拌均勻后靜置，然后加入羥基丙烯酸混勻后反應；鈦溶膠的添加可以改善材料的導電性，而羥基丙烯酸的加入可通過有機－無機雜化的方式進一步優化材料的電化學性能，并且在碳化后有助于增加結構穩定性；
5、步驟3、再加熱并保溫處理，最后經離心、洗滌、噴霧干燥和惰性氣氛下煅燒，得到所述高性能的磷酸錳鐵鋰。
6、在任意實施方式中，步驟1中所述鋰源(按li計)、鐵源(按fe計)、錳源(按mn計)、磷源(按p計)的摩爾比為(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
7、在任意實施方式中，步驟1中所述碳源與所述混合料的質量比為(0.001－0.05)：1。
8、在任意實施方式中，步驟1中所述有機溶劑選自無水乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮和乙酸中的一種。
9、在任意實施方式中，步驟2中所述鋰鹽(按li計)、磷酸錳鐵鋰(按li計)的摩爾質量比為(0.001－0.05)：1。
10、在任意實施方式中，步驟2中所述酸性鈦溶膠的ph值為5－6。
11、在任意實施方式中，所述酸性鈦溶膠的加入量與步驟2加入的鋰鹽(按li計)的摩爾質量比為(0.8－1.2)：1。
12、在任意實施方式中，步驟3中所述加熱并保溫的溫度為100－250℃，時間為2－10h。
13、在任意實施方式中，步驟2中所述羥基丙烯酸的加入量與鈦溶膠的質量比為(1－5)：1。
14、在任意實施方式中，步驟2中所述靜置的時間為0.5－2h，反應的時間為3－8h。
15、在任意實施方式中，步驟3中所述噴霧干燥的溫度為150－300℃。
16、在任意實施方式中，步驟3中所述煅燒的溫度為500－800℃，時間為2－15h。
17、在任意實施方式中，步驟1中所述鐵源選自鐵粉、氧化鐵、磷酸鐵中的至少一種。
18、在任意實施方式中，步驟1中所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、磷酸鋰中的至少一種。
19、在任意實施方式中，所述錳源選自二氧化錳、磷酸錳、碳酸錳中的至少一種。
20、在任意實施方式中，所述碳源選自葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇(peg)中的至少一種。
21、在任意實施方式中，所述磷源選自磷酸、磷酸一銨、磷酸二銨中的至少一種。
22、步驟2中所述鋰鹽選自碳酸鋰、草酸鋰、磷酸鋰中的至少一種。
23、在任意實施方式中，步驟2中所述羥基丙烯酸為丙烯酸的衍生物，選自3－羥基丙酸、丙烯酸－2－羥乙基酯和2，3－二羥基丙烯酸丙酯中的至少一種。
24、第二方面，本申請提供了利用上述方法制備的高性能磷酸錳鐵鋰。
25、第三方面，本申請提供了一種正極極片，所述正極片包括上述高性能磷酸錳鐵鋰。
26、第四方面，本申請提供了一種電池，包括本申請上述正極極片。
27、本申請提供的技術方案帶來的有益效果包括：
28、本申請在磷酸錳鐵鋰制備過程中，先加入碳源形成碳包覆層，之后加入酸性氧化鈦溶膠，對得到的磷酸錳鐵鋰進行酸蝕，在制備的球形磷酸錳鐵鋰表面形成微觀結構增加粗糙度，為氧化鈦溶膠形成的氧化鈦/鈦酸鋰固溶體提供錨定點，初步增加氧化鈦/鈦酸鋰固溶體包覆層在磷酸錳鐵鋰表面的附著強度；然后在酸性鈦溶膠提供的酸性環境下，加入的小分子羥基丙烯酸類物質與鈦溶膠通過羥基交聯反應，在干燥及碳化后羥基丙烯酸類物質碳化形成碳包覆層，并且，在形成的氧化鈦/鈦酸鋰固溶體包覆層的外表層中含有碳顆粒，增強了該碳包覆層在材料表面的附著強度；并且小分子的羥基丙烯酸碳化后形成的碳層更加的均勻致密，進一步增加了材料的結構穩定性；
29、本申請制備的磷酸錳鐵鋰材料由于具有碳包覆層，具有較好的電子電導率和倍率性能，還改善了循環性能；由于加入酸性鈦溶膠并形成氧化鈦/鈦酸鋰固溶體包覆層，進一步提高了磷酸錳鐵鋰材料的電導率，從而提高鋰離子的遷移速率和能量密度；由于加入小分子羥基丙烯酸類物質，提高了制備的磷酸錳鐵鋰材料的結構穩定性和導電性，從而提高鋰離子擴散速率和能量密度。
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1.一種高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟1中所述鋰源(按Li計)、鐵源(按Fe計)、錳源(按Mn計)、磷源(按P計)的摩爾比為(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
3.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟1中所述碳源與所述混合料的質量比為(0.001－0.05)：1。
4.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述鋰鹽(按Li計)與所述磷酸錳鐵鋰(按Li計)的摩爾質量比為(0.001－0.05)：1。
5.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述酸性鈦溶膠的pH值為5－6。
6.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述酸性鈦溶膠的加入量與步驟2加入的鋰鹽(按Li計)的摩爾質量比為(0.8－1.2)：1。
7.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述
8.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述羥基丙烯酸為丙烯酸的衍生物，選自3－羥基丙酸、丙烯酸－2－羥乙基酯和2，3－二羥基丙烯酸丙酯中的至少一種。
9.一種根據權利要求1－9任一項所述方法制備的高性能磷酸錳鐵鋰。
...【技術特征摘要】
1.一種高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟1中所述鋰源(按li計)、鐵源(按fe計)、錳源(按mn計)、磷源(按p計)的摩爾比為(1.05－1.30)：(0.2－0.8)：(0.2－0.8)：1。
3.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟1中所述碳源與所述混合料的質量比為(0.001－0.05)：1。
4.根據權利要求1所述高性能磷酸錳鐵鋰的制備方法，其特征在于，步驟2中所述鋰鹽(按li計)與所述磷酸錳鐵鋰(按li計)的摩爾質量比為(0.001－0.05)：1。
5.根據權利要求1所述高性能磷...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭進康，劉暢，王曉琴，
申請(專利權)人：武漢中科先進材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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