【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池材料，尤其涉及一種復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法、應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、磷酸錳鐵鋰(簡稱lmfp)是一種新型的鋰離子電池正極材料，它結(jié)合了磷酸鐵鋰(簡稱lfp)和磷酸錳鋰(簡稱lmp)的優(yōu)點。與傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰在能量密度、低溫性能和安全性方面有所提升；而與三元材料相比，磷酸錳鐵鋰的成本更低，安全性和環(huán)境友好性更高。
2、然而，磷酸錳鐵鋰仍存在一些缺陷。具體而言，在鋰離子電池中電解液分解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可能腐蝕磷酸錳鐵鋰中的錳離子，加速錳的歧化反應(yīng)，導(dǎo)致錳離子從磷酸錳鐵鋰中溶出。這種錳溶出不僅減少了鋰離子電池的容量，還可能破壞負(fù)極的固態(tài)電解質(zhì)界面(sei)膜，影響電池的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性。
3、為了克服磷酸錳鐵鋰的錳溶出問題，研究者正在探索各種改性技術(shù)，如納米化、金屬離子摻雜等方法，以提高磷酸錳鐵鋰電池的電化學(xué)性能和商業(yè)化潛力。但是，上述改性方法仍存在一些不足。比如說，雖然納米化可以縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，但如果納米粒子的制備和處理不當(dāng)，可能會引入額外的缺陷或應(yīng)力，反而加劇錳溶出的問題。同樣地，金屬離子摻雜的方法由于摻雜元素可能會改變原有磷酸錳鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)，尤其是摻雜元素的半徑與磷酸錳鐵鋰中的元素差異較大，可能會導(dǎo)致晶格畸變，影響磷酸錳鐵鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)而加劇錳溶出的問題。因而不管是納米化改性方法還是金屬離子摻雜的改性方法，其重復(fù)率較低，難以在工業(yè)化應(yīng)用中生產(chǎn)相同產(chǎn)品。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了改善磷酸錳鐵鋰的錳溶出問題，本申請?zhí)?span style='display:none'>供一種復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料及其制備方法、應(yīng)用。
2、根據(jù)本申請的一個方面，提供一種復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，該復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料從內(nèi)向外排布依次包括內(nèi)核、第一包覆層和第二包覆層；其中，內(nèi)核包括第一金屬材料，第一金屬材料的分子式為limnxfe(1-x)po4，0.4≤x≤0.6；第一包覆層包括第二金屬材料，第二金屬材料的分子式為limnyfe(1-y)po4，0≤y<0.4；第二包覆層包括碳材料。本申請通過調(diào)整復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料中錳元素的分布，抑制磷酸錳鐵鋰表面的錳元素通過電解液從負(fù)極溶出，從而提升復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而提高其循環(huán)性能和容量。
3、優(yōu)選地，復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的中值粒徑為6～10μm，且，第一包覆層的厚度為1～5nm。
4、優(yōu)選地，第二包覆層的厚度為2～5nm。
5、本申請的第二個方面，提供一種如上述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，該方法包括如下步驟：s1.將磷酸錳鐵前驅(qū)體與鋰源、碳源、溶劑混合，得到第一漿料；s2.隨后將第一漿料進(jìn)行研磨處理，得到第二漿料；s3.將第二漿料與含鐵溶劑混合，在20～80℃下反應(yīng)2～12小時得到第三漿料；s4.第三漿料經(jīng)過干燥處理后，將所得到的粉體在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行煅燒處理，得到復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料。由于鐵離子和錳離子的離子半徑較為接近，因而本申請巧妙地利用含鐵溶液，通過離子交換反應(yīng)取代磷酸錳鐵前驅(qū)體表面的錳離子，可以有效地緩解錳溶出問題，進(jìn)而提高其循環(huán)性能和容量。
6、優(yōu)選地，含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽中的至少一種；其中，可溶性有機(jī)鐵鹽包括醋酸鐵、草酸鐵、亞鐵氰化鐵；可溶性無機(jī)鐵鹽包括硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、硝酸亞鐵中的至少一種。
7、優(yōu)選地，含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽，按照質(zhì)量比計算，可溶性有機(jī)鐵鹽：可溶性無機(jī)鐵鹽＝6～9:1～4。本申請通過在含鐵溶液中同時引入可溶性有機(jī)鐵鹽與可溶性無機(jī)鐵鹽，能夠有效地加快離子交換反應(yīng)的進(jìn)行，并引入有機(jī)碳源從而進(jìn)一步顯著改善磷酸錳鐵鋰的錳溶出問題，進(jìn)而提高其循環(huán)性能。
8、優(yōu)選地，在含鐵溶液中，鐵離子的質(zhì)量濃度為20～60％；且，含鐵溶液的加入質(zhì)量為第二漿料中磷酸錳鐵前驅(qū)體的0.5～10％。
9、優(yōu)選地，在s1中，按照質(zhì)量比計算，磷酸錳鐵前驅(qū)體：鋰源：碳源1：0.2～0.25：0.03～0.1。
10、優(yōu)選地，在s1中，磷酸錳鐵前驅(qū)體、鋰源、碳源、溶劑的混合時間為1～2小時。
11、優(yōu)選地，第二漿料的粒徑為0.3～0.8μm。
12、優(yōu)選地，在s2中，研磨處理包括球磨、細(xì)磨中的只要一種。
13、優(yōu)選地，在s4中，干燥處理為噴霧干燥處理。
14、優(yōu)選地，在s4中，煅燒處理的反應(yīng)溫度為400～800℃，反應(yīng)時間為1～10小時。
15、本申請的第三個方面，提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括如上述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料或如上述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法制備獲得的復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料從內(nèi)向外排布依次包括內(nèi)核、第一包覆層和第二包覆層；
2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的中值粒徑為6～10μm，且，所述第一包覆層的厚度為1～5nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述第二包覆層的厚度為2～5nm。
4.一種如權(quán)利要求1～3任一項所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽中的至少一種；
6.如權(quán)利要求5所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽，按照質(zhì)量比計算，可溶性有機(jī)鐵鹽：可溶性無機(jī)鐵鹽＝6～9:1～4。
7.如權(quán)利要求4所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，在所述含鐵溶液中，鐵離子的質(zhì)量濃度為20～60％；且，所述含鐵溶液的加入質(zhì)量為所述第二漿料中所述磷酸錳鐵前驅(qū)體的0.5～1
8.如權(quán)利要求4所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，在所述S1中，按照質(zhì)量比計算，所述磷酸錳鐵前驅(qū)體：所述鋰源：所述碳源＝1：0.2～0.25：0.03～0.1。
9.如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述第二漿料的粒徑為0.3～0.8μm。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權(quán)利要求1～3任一項所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料或如權(quán)利要求4～9任一項復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法制備獲得的復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料從內(nèi)向外排布依次包括內(nèi)核、第一包覆層和第二包覆層；
2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的中值粒徑為6～10μm，且，所述第一包覆層的厚度為1～5nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料，其特征在于，所述第二包覆層的厚度為2～5nm。
4.一種如權(quán)利要求1～3任一項所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽中的至少一種；
6.如權(quán)利要求5所述復(fù)合磷酸錳鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述含鐵溶液包括可溶性有機(jī)鐵鹽、可溶性無機(jī)鐵鹽，按照...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李偉，李云霞，師啟華，方攀，王金濤，呂正中，
申請(專利權(quán))人：湖北金泉新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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