【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池，更具體地，涉及一種磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體、磷酸錳鐵鋰材料以及它們的制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、磷酸錳鐵鋰（limnxfe1-xpo4）作為一種新型的正極材料，因其優(yōu)異的安全性、環(huán)境友好性以及較高的理論比容量而受到廣泛關(guān)注。隨著鋰離子電池需求的增長，開發(fā)高性能、低成本的正極材料顯得尤為重要。磷酸錳鐵鋰結(jié)合了錳和鐵的優(yōu)良特性，具有較高的能量密度和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。目前l(fā)mfp的合成方法主要分為高溫固相法和液相法。高溫固相法主要通過將錳源、鐵源、磷源、鋰源、碳源等進(jìn)行球磨，隨后進(jìn)行煅燒，得到磷酸錳鐵鋰。這種方法得到的磷酸錳鐵鋰通常會(huì)存在錳鐵分布不均勻的情況，電化學(xué)性能普遍比由液相法得到的磷酸錳鐵鋰性能差。液相法合成磷酸錳鐵鋰最為常見的流程為共沉淀法。通過共沉淀法合成磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體，再將前驅(qū)體與鋰源、碳源等進(jìn)行混合球磨、煅燒后得到磷酸錳鐵鋰，這種方法合成量大，工藝較為簡(jiǎn)單，可以用于大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。
2、在磷酸錳鐵鋰的共沉淀法合成中，前驅(qū)體的選擇和制備至關(guān)重要。合適的前驅(qū)體可以有效改善材料的晶體結(jié)構(gòu)、粒徑和電導(dǎo)率，從而提升電池的整體性能。目前，研究者們主要關(guān)注不同前驅(qū)體對(duì)最終產(chǎn)品性能的影響，包括其合成方法、熱處理?xiàng)l件和化學(xué)成分等。通過優(yōu)化前驅(qū)體的制備過程，可以獲得更均勻的錳鐵分布、粒徑分布和更好的電化學(xué)性能，這為磷酸錳鐵鋰的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
3、現(xiàn)有的共沉淀法主要是通過將錳源、鐵源溶液加入到磷酸鹽體系中，生成磷酸錳鐵等片狀結(jié)構(gòu)前驅(qū)體，這種方法生成的前驅(qū)體粒度不好控制，反應(yīng)需要精確控
4、隨著研究的深入，磷酸錳鐵鋰正極材料在電池應(yīng)用中的前景愈發(fā)廣闊，特別是在電動(dòng)車和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，其高效能和長壽命使其成為未來鋰離子電池的重要組成部分。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的首要目的是提供一種磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體、磷酸錳鐵鋰材料以及它們的制備方法和應(yīng)用，該方法通過共沉淀法合成mfco前驅(qū)體，再將mfco進(jìn)行高溫煅燒后得到mfo前驅(qū)體，使用mfo前驅(qū)體與鋰源、磷源、碳源進(jìn)行球磨后，將篩分的樣品進(jìn)行高溫煅燒，得到磷酸錳鐵鋰正極材料，使其容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著提升。
2、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)技術(shù)方案如下：
3、一種磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，使用錳源、鐵源、碳酸鹽、抗氧化劑在乙醇-水溶液體系中混合均勻，形成錳鐵碳酸鹽mfco材料，將產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥后得到mfco粉體；mfco粉體經(jīng)過高溫煅燒得到錳鐵氧化物mfo。
4、錳源包括:mnso4·h2o、mncl2中的至少一種；鐵源包括feso4·7h2o、fecl2中的至少一種；碳酸鹽包括nh4hco3、(nh4)2co3中的至少一種；抗氧化劑包括l-抗壞血酸。
5、錳源和鐵源中的n(mn):n(fe)為0.4:0.6~0.8:0.2，優(yōu)選0.5:0.5~0.7:0.3；錳源在乙醇-水溶液體系中濃度為45-90?g/l，優(yōu)選為50-80?g/l；鐵源在乙醇-水溶液體系中濃度為30-110?g/l，優(yōu)選為40-90?g/l；碳酸鹽在乙醇-水溶液體系中的濃度為5~100?g/l，優(yōu)選為10~70?g/l；抗氧化劑在乙醇-水溶液體系中的濃度為0.1-3?g/l，優(yōu)選為0.5-2?g/l；乙醇-水溶液體系中乙醇和水的比例為1:0.5~1:2，優(yōu)選為1:0.75~1:1.5。
6、mfco粉體高溫煅燒的溫度為300~700℃，優(yōu)選為350~650℃；煅燒時(shí)間為2~8h，優(yōu)選為3~7h。
7、本專利技術(shù)還提供了所述的方法制備得到的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體。
8、本專利技術(shù)還提供了所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體在制備磷酸錳鐵鋰材料中的應(yīng)用。
9、本專利技術(shù)還提供了一種磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，包括以下步驟：將上述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體mfo與鋰源、磷源、碳源均勻混合后，球磨、烘干，在高溫下進(jìn)行煅燒，得到磷酸錳鐵鋰正極材料。
10、鋰源包括：li2o、li2co3、lioh、lih2po4中的至少一種；磷源包括：nh4h2po4、h3po4、lih2po4中的至少一種；碳源包括：葡萄糖、殼聚糖、乙炔黑中的至少一種；
11、鋰源中n(li):n(mn+fe)=1:1~1.3:1，優(yōu)選為1:1~1.2:1；
12、磷源中n(p):n(mn+fe)=1:1~1.1:1，優(yōu)選為1:1~1.05:1；
13、碳源中碳含量為1-13%，優(yōu)選為2-8%；
14、球磨采用行星球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為300-500?rpm，優(yōu)選為350-450?rpm；
15、烘干后使用100-400?目篩子進(jìn)行篩分，優(yōu)選為100-200目篩子；
16、高溫煅燒溫度制度為兩步煅燒，其中一步煅燒溫度為350-500?℃，煅燒時(shí)間為2-6h；二步煅燒溫度為600-800?℃，煅燒時(shí)間為6-12?h。
17、進(jìn)一步地，當(dāng)加入鋰源、磷源、碳源球磨時(shí)，還加入釩源、鈦源，以獲得v-ti共摻雜磷酸錳鐵鋰；
18、釩源包括：nh4vo3、vo2(c2o4)·2h2o、v2o5中的至少一種；鈦源包括：tio2；
19、釩源中n(v):n(mn+fe)=0.001:1~0.02:1；鈦源中n(ti):n(mn+fe)?=?0.001:1?~0.02:1。
20、本專利技術(shù)還提供了所述的方法制備得到的磷酸錳鐵鋰材料。
21、本專利技術(shù)還提供了所述的磷酸錳鐵鋰（lmfp）材料在制備鋰離子電池正極中的應(yīng)用。并將其制備成鋰離子電池正極，進(jìn)一步制備成半電池，以檢測(cè)其電化學(xué)性能。
22、正極極片中l(wèi)mfp含量為70-90%，導(dǎo)電劑含量為5-20%，粘結(jié)劑含量為5-10%。
23、本專利技術(shù)有益效果：本專利技術(shù)制備的球形前驅(qū)體在磷酸錳鐵鋰等電池材料的合成過程中，能夠顯著改善材料的電化學(xué)性能、粒度均勻性、離子擴(kuò)散性、循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。其均勻的形態(tài)和較好的加工性，使得球形前驅(qū)體成為制備高性能電池材料的優(yōu)選材料。通過使用球形前驅(qū)體，不僅能提升材料的電池性能，還能在大規(guī)模生產(chǎn)中提高效率并降低成本。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，使用錳源、鐵源、碳酸鹽、抗氧化劑在乙醇-水溶液體系中混合均勻，形成錳鐵碳酸鹽MFCO材料，將產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥后得到MFCO粉體；MFCO粉體經(jīng)過高溫煅燒得到錳鐵氧化物MFO。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，錳源包括:MnSO4·H2O、MnCl2中的至少一種；鐵源包括FeSO4·7H2O、FeCl2中的至少一種；碳酸鹽包括NH4HCO3、(NH4)2CO3中的至少一種；抗氧化劑包括L-抗壞血酸；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，MFCO粉體高溫煅燒的溫度為300~700℃，優(yōu)選為350~650℃；煅燒時(shí)間為2~8h，優(yōu)選為3~7h。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法制備得到的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體。
5.權(quán)利要求4所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體在制備磷酸錳鐵鋰材料中的應(yīng)用。
6.一種磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將權(quán)利要求4所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體MFO與鋰源、磷源、碳源均勻混合后，球磨、烘干
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，?當(dāng)加入鋰源、磷源、碳源球磨時(shí)，還加入釩源、鈦源，以獲得V-Ti共摻雜磷酸錳鐵鋰；
9.權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的方法制備得到的磷酸錳鐵鋰材料。
10.權(quán)利要求9所述的磷酸錳鐵鋰材料在制備鋰離子電池正極中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，使用錳源、鐵源、碳酸鹽、抗氧化劑在乙醇-水溶液體系中混合均勻，形成錳鐵碳酸鹽mfco材料，將產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥后得到mfco粉體；mfco粉體經(jīng)過高溫煅燒得到錳鐵氧化物mfo。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，錳源包括:mnso4·h2o、mncl2中的至少一種；鐵源包括feso4·7h2o、fecl2中的至少一種；碳酸鹽包括nh4hco3、(nh4)2co3中的至少一種；抗氧化劑包括l-抗壞血酸；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸錳鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，mfco粉體高溫煅燒的溫度為300~700℃，優(yōu)選為350~650℃；煅燒時(shí)間為2~8h，優(yōu)選為3~7h。
4...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何漢兵，趙民，白科，徐小明，王海峰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。