【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池正極材料，尤其涉及一種磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法。
技術介紹
1、隨著便攜式電子設備、電動汽車以及大規模儲能設備市場的不斷發展，鋰離子電池的性能提升顯得愈發重要。正極是鋰離子電池的關鍵組成部分之一，正極材料的性能對鋰離子電池的性能具有決定性作用。橄欖石型正極材料具有較高安全性能和較低成本的優勢，其中磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰均屬于橄欖石型正極材料，磷酸鐵鋰材料具有良好的安全性能及循環穩定性，但其偏低的電壓平臺難以滿足日益提高的能量密度的需求；相比磷酸鐵鋰，錳高電壓的特性使得磷酸錳鐵鋰具有更高的電壓平臺，使其比容量與磷酸鐵鋰相同的情況下能量密度提升了10％～20％，并且磷酸錳鐵鋰兼顧了磷酸鐵鋰的高安全性、高循環壽命、低成本、環境友好等特性，是目前鋰離子電池正極材料的熱門研究材料之一。
2、錳的引入除了帶來高電壓的優勢外，也給磷酸錳鐵鋰材料帶來了導電性能差的問題。為解決該問題，通?？赏ㄟ^砂磨機對原材料的研磨實現納米化，縮短鋰離子傳輸路徑，再輔以合適的碳包覆手段，例如與碳源混合后高溫燒結來改善材料的電子電導率。但傳統的砂磨過程實現納米化難度較高，耗費時間很長，無法在較短時間內實現材料納米化的效果，實際生產過程的效率低下；并且，研磨法的原料分散均勻性問題也會給磷酸錳鐵鋰材料的性能帶來較大的影響，研磨過程中錳、鐵元素的不均勻分散不僅會帶來晶體結構的扭曲，阻礙鋰離子的傳輸，導致導電性下降，還會加重jahn-teller效應帶來的錳溶出問題，使磷酸錳鐵鋰材料循環穩定性變差。此外，傳統的高溫燒結方法存在碳包覆不均勻
技術實現思路
1、基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了一種磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法。
2、本專利技術提出了一種磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、采用溶劑熱合成法制備錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體，其中m為鎂、鎳、鈷或者鋁；
4、s2、將所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體與磷源、鋰源混合后進行高能球磨，得到磷酸錳鐵鋰前驅體；
5、s3、將所述磷酸錳鐵鋰前驅體置于反應爐中，通入碳源氣體和保護性氣體的混合氣體，進行燒結，得到一次燒結產物；
6、s4、將所述一次燒結產物冷壓成型，然后在保護性氣氛下進行熱壓燒結，得到所述磷酸錳鐵鋰材料。
7、本專利技術通過溶劑熱法合成錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體，可實現前驅體中良好的元素分布均勻性，從而提升了磷酸錳鐵鋰材料中元素分布的均勻性，有效改善磷酸錳鐵鋰材料的導電性和循環穩定性；并且由于溶劑熱法合成得到的金屬-有機復合物前驅體具備較小的粒徑，顯著減小了后續砂磨降低粒度過程的難度，能在較短時間內實現材料的納米化；通過采取一次類cvd燒結及二次熱壓燒結相結合的手段，在有限碳含量的基礎上實現了最優的碳包覆效果，并有效限制了磷酸錳鐵鋰材料的粒徑生長，賦予材料良好的導電性能，熱壓燒結還能改善材料的致密度，從而獲得良好的壓實密度水平。
8、優選地，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體中，錳元素、鐵元素和m元素的摩爾比為(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
9、優選地，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體的制備步驟包括：將錳鹽、鐵鹽和m金屬鹽充分溶解于異丙醇中，加入甘油混合均勻，然后進行溶劑熱反應，即得。通過上述具體的溶劑熱合成步驟，可實現前驅體中的元素分布均勻性的提高，從而進一步改善磷酸錳鐵鋰材料的導電性和循環穩定性。
10、優選地，所述錳鹽為四水合硝酸錳，所述鐵鹽為九水合硝酸鐵。
11、優選地，所述m金屬鹽為m金屬的硝酸鹽。
12、優選地，所述錳鹽中的錳元素、鐵鹽中的鐵元素、m金屬鹽中的m元素的摩爾量之和與甘油的摩爾量之比為1:2～5。
13、優選地，所述溶劑熱反應的溫度為150～180℃，時間為10～20h?？刂迫軇岱磻臏囟群蜁r間，可以得到粒徑合適、均勻性高的前驅體，從而進一步改善磷酸錳鐵鋰材料的導電性和循環穩定性。
14、優選地，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體的制備步驟中，加入甘油在攪拌下混合均勻，所述攪拌的轉速為200～300r/min，時間為1～3h。
15、在錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體的制備步驟中，溶劑熱反應結束后，還可以包括常規的后處理步驟，例如對產物進行離心分離，將得到沉淀進行洗滌、烘干；所述洗滌的過程包括：依次使用去離子水和乙醇沖洗3-5次；所述烘干的溫度為80～100℃，時間為10～20h。
16、優選地，s2中，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體中的錳元素、鐵元素和m元素的摩爾量之和與磷源的摩爾量、鋰源中鋰元素的摩爾量之比為1：(0.95～1.05)：(1～1.1)，優選為1:1：(1.01～1.05)。
17、優選地，所述磷源為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨、磷酸中的至少一種。
18、優選地，所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、醋酸鋰中的至少一種。
19、優選地，s2中，所述高能球磨的轉速為300～500r/min，時間為5～10h?？刂聘吣芮蚰サ臈l件，可以使前驅體具有合適的粒徑和優良的均勻性，改善碳包覆的效果，從而進一步提升材料的電導率和循環性能。
20、優選地，s2中，所述高能球磨在溶劑中進行，所述溶劑為無水乙醇，在球磨結束后，通過烘干將溶劑除去。
21、優選地，s3中，所述碳源氣體和保護性氣體的混合氣體通入的流量為70ml/min～120ml/min，所述碳源氣體與保護性氣體的體積比為(2～4)：10，在所述氣體流量及配比下，可在磷酸錳鐵鋰材料表面形成均勻且薄的包覆層，在改善導電性能的同時降低非活性物質碳的占比，有利于提升材料的電導率和循環性能。
22、優選地，所述碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷中的至少一種。
23、優選地，s3中，燒結的燒結溫度為500～600℃，保溫時間為4～6h，在所述的燒結條件下，可以使磷酸錳鐵鋰材料成相且粒徑均勻性高，有利于提升材料的導電性和循環穩定性。
24、優選地，s4中，所述熱壓燒結的燒結溫度為720～750℃，保溫時間為8～10h，施加的壓力為30～50mpa，在所述熱壓條件下，可以使材料兼具優良的壓實性能合適的比表面積，進一步提升電解液的浸潤效果。
25、優選地，s4中，所述冷壓成型施加的壓力為10～20mpa。
26、在本專利技術中，保護性氣氛是指由保護性氣體形成的氣氛。所述保護性氣體例如可以是氮氣、氦氣、氬氣。
27、本專利技術還公開了一種磷酸錳鐵鋰材料，由所述的制備方法制得。
28、本專利技術的有益效果如下：
29、本專利技術通過溶劑熱合成錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體，可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述錳鐵M三元金屬-甘油酸鹽前驅體中，錳元素、鐵元素和M元素的摩爾比為(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
3.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述錳鐵M三元金屬-甘油酸鹽前驅體的制備步驟包括：將錳鹽、鐵鹽和M金屬鹽充分溶解于異丙醇中，加入甘油混合均勻，然后進行溶劑熱反應，即得。
4.根據權利要求3所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱反應的溫度為150～180℃，時間為10～20h。
5.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，S2中，所述錳鐵M三元金屬-甘油酸鹽前驅體中的錳元素、鐵元素和M元素的摩爾量之和與磷源的摩爾量、鋰源中鋰元素的摩爾量之比為1:1：(1.01～1.05)。
6.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，S2中，所述高能球磨的轉速為300～500r/min，時間為5～10h。p>
7.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，S3中，所述碳源氣體和保護性氣體的混合氣體通入的流量為70mL/min～120mL/min，所述碳源氣體與保護性氣體的體積比為(2～4)：10。
8.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，S3中，燒結的燒結溫度為500～600℃，保溫時間為4～6h。
9.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，S4中，所述熱壓燒結的燒結溫度為720～750℃，保溫時間為8～10h，施加的壓力為30～50MPa。
10.一種磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，由權利要求1～9任一項所述的制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體中，錳元素、鐵元素和m元素的摩爾比為(0.55～0.75)：(0.40～0.20)：0.05。
3.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體的制備步驟包括：將錳鹽、鐵鹽和m金屬鹽充分溶解于異丙醇中，加入甘油混合均勻，然后進行溶劑熱反應，即得。
4.根據權利要求3所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱反應的溫度為150～180℃，時間為10～20h。
5.根據權利要求1所述的磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，s2中，所述錳鐵m三元金屬-甘油酸鹽前驅體中的錳元素、鐵元素和m元素的摩爾量之和與磷源的摩爾量、鋰源中鋰元素的摩爾量之比為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：雍袁星，姚杰，劉蓓，李鵬飛，
申請(專利權)人：合肥國軒高科動力能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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