【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料，具体涉及一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法、正极极片及一种锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子二次电池的正极材料主要是磷酸铁锂(lifepo4)，磷酸锰铁锂(limnfepo4)是在lifepo4的基础上增加锰元素后获得的一种正极材料，锰的加入可使磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，其中磷酸锰铁锂的氧化还原电压大致为4.1v，磷酸铁锂的氧化还原电压大致为3.4v，相关技术中，磷酸锰铁锂作为电池的正极材料还处于产业化初期，其主要原因是磷酸锰铁锂的循环性能及比能量低，严重影响其商业应用。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例提供了一种磷酸锰铁锂材料、磷酸锰铁锂材料的制备方法以及锂离子电池，可以改善磷酸锰铁锂的比能量低以及循环性能差的技术问题。
2、第一方面，本专利技术的实施例提供了一种磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料包括内核以及包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核的材料包括化学式为liamnbfecmdpo4，其中m包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧以及铝中的至少一种元素，所述包覆层配置为通过碳源烧结后形成，并且所述碳包覆层中包括石墨化碳。
3、在一些实施例中，在所述磷酸锰铁锂材料中所述石墨化碳的质量百分含量为0.48％～1.02％。
4、在一些实施例中，形成所述包覆层的碳源包括葡萄糖、木糖醇、聚乙二醇、蔗糖、乳糖、柠檬酸聚丙烯酰胺中的至少一种。
5、在一些实施例中，在所述磷酸锰铁锂材料中所述
6、在一些实施例中，在所述liamnbfecmdpo4中，0.98≤a≤1.10，0.10≤b≤0.68，0.20≤c≤0.70，0.01≤d≤0.12，0.98≤a/(b+c+d)≤1.03；或者，在所述liamnbfecmdpo4中，0.98≤a≤1.05，0.10≤b≤0.68，0.20≤c≤0.70，0.005≤d≤0.12，0.98≤a/(b+c+d)≤1.03。
7、在一些实施例中，在所述liamnbfecmdpo4中，所述锰元素的摩尔含量大于铁元素的摩尔含量。
8、第二方面，本专利技术的实施例提供了一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括：
9、将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属源、碳源进行混合得到前体1；
10、在惰性气氛保护下，将所述前体1进行烧结处理，得到磷酸锰铁锂材料；
11、其中，所述掺杂金属源包括镁源、钙源、锶源、钴源、钛源、锆源、钼源、钒源、铌源、镍源、钪源、铬源、铜源、锌源、铍源、镧源以及铝源中的一种或多种。
12、在一些实施例中，将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.10)：(0.10～0.68)：(0.20～0.70)：(0.01～0.12)。
13、在一些实施例中，将所述前体1进行烧结处理包括将所述前体1以第一升温速率升温至第一温度，保温第一时间；其中：
14、所述第一升温速率为2℃/min-10℃/min；和/或
15、所述第一温度为600℃-950℃；和/或
16、所述第一时间为5-24h。
17、第三方面，一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
18、将锰源、铁源、磷源、掺杂金属m源、双氧水和络合剂进行混合得到混合液1；
19、将所述混合液1进行加热后，过滤干燥得到前体2；
20、将所述前体2、碳源、锂源、表面活性剂进行混合得到前体3；
21、将所述前体3进行烧结处理后得到磷酸锰铁锂材料；
22、其中，所述掺杂金属源包括镁源、钙源、锶源、钴源、钛源、锆源、钼源、钒源、铌源、镍源、钪源、铬源、铜源、锌源、铍源、镧源以及铝源中的一种或多种。
23、在一些实施例中，将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属m源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.05)：(0.10～0.68)：(0.20～0.70)：(0.005～0.12)。
24、在一些实施例中，将所述混合液1进行加热包括将所述混合液1升温至第二温度，其中所述第二温度为60℃-95℃。
25、在一些实施例中，将所述前体3进行烧结处理包括将所述前体3以第一升温速率升温至第一温度，保温第一时间；其中：
26、所述第一升温速率为2℃/min-10℃/min；和/或
27、所述第一温度为600℃-950℃；和/或
28、所述第一时间为5-24h。
29、在一些实施例中，所述锂源包括碳酸锂、磷酸二氢锂中的至少一种。
30、在一些实施例中，所述铁源包括硫酸亚铁、磷酸铁、磷酸氢铁、磷酸二氢铁、乙酸铁、铁粉中的至少一种。
31、在一些实施例中，所述锰源包括硫酸锰、碳酸锰、硝酸锰、醋酸锰、草酸锰、磷酸锰、磷酸氢锰中的至少一种。
32、在一些实施例中，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵中的至少一种。
33、在一些实施例中，所述掺杂金属源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、碳酸盐、甲酸盐、乙酸盐、羟乙酸盐、乳酸盐、酒石酸盐、草酸盐、氧化物、氢氧化物、氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、溴化物中的至少一种。
34、在一些实施例中，所述掺杂金属源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐，并且所述m源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐配置为橄榄石结构。
35、第四方面，本申请提供一种正极极片，包括正极集流体，以及正极活性物质层，所述正极活性物质层位于所述正极集流体的表面，所述正极活性物质层的材料包括上述磷酸锰铁锂材料或上述制备方法得到的磷酸锰铁锂材料。
36、第五方面，本申请提供一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述磷酸锰铁锂材料。
37、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
38、(1)本专利技术在磷酸锰铁锂的内核材料中掺杂金属元素m进而提升磷酸锰铁锂材料的循环性能，在磷酸锰铁锂的内核材料的外表面包覆含有石墨化碳的碳包覆层，通过石墨化碳来提升磷酸锰铁锂材料的比能量；
39、(2)通过在碳包覆层中使用石墨化碳材料可以提升电池的比能量，当在碳包覆层中含有的石墨化碳越高，锂离子界面扩散有关，进而电池的倍率性能越好，克容量越高，进而比能量越高；但是锂离子界面扩散越快，电池的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料包括内核以及包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核的材料包括化学式为LiaMnbFecMdPO4，其中M包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧以及铝中的至少一种元素，所述碳包覆层中包括石墨化碳。
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述磷酸锰铁锂材料中所述石墨化碳的质量百分含量为0.48％～1.02％。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述包覆层配置为通过碳源烧结后形成，并且形成所述包覆层的碳源包括葡萄糖、木糖醇、聚乙二醇、蔗糖、乳糖、柠檬酸聚丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述磷酸锰铁锂材料中所述碳包覆层的质量百分含量为0.5％-3％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述LiaMnbFecMdPO4中，0.98≤a≤1.10，0.10≤b≤0.68，0.20≤c≤0.70，0.01≤d≤0.12，0.98≤a/(b+c+d)≤
6.根据权利要求5所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述LiaMnbFecMdPO4中，锰元素的摩尔含量大于铁元素的摩尔含量。
7.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于：将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属M源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.10)：(0.10～0.68)：(0.20～0.70)：(0.01～0.12)。
9.根据权利要求7所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将所述前体1进行烧结处理包括将所述前体1以第一升温速率升温至第一温度，保温第一时间；其中：
10.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属M源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.05)：(0.10～0.68)：(0.20～0.70)：(0.005～0.12)。
12.根据权利要求10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将所述混合液1进行加热包括将所述混合液1升温至第二温度，其中所述第二温度为60℃-95℃。
13.根据权利要求10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将所述前体3进行烧结处理包括将所述前体3以第一升温速率升温至第一温度，保温第一时间；其中：
14.根据权利要求7或10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锂源包括碳酸锂、磷酸二氢锂中的至少一种。
15.根据权利要求7或10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述铁源包括硫酸亚铁、磷酸铁、磷酸氢铁、磷酸二氢铁、乙酸铁、铁粉中的至少一种。
16.根据权利要求7或10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锰源包括硫酸锰、碳酸锰、硝酸锰、醋酸锰、草酸锰、磷酸锰、磷酸氢锰中的至少一种。
17.根据权利要求7或10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵中的至少一种。
18.根据权利要求7或10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属M源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、碳酸盐、甲酸盐、乙酸盐、羟乙酸盐、乳酸盐、酒石酸盐、草酸盐、氧化物、氢氧化物、氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、溴化物中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属M源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐，并且所述掺杂金属M源包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧、铝中的至少一种元素的磷酸盐配置为橄榄石结构。
20.根据权利要求10所...
【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料包括内核以及包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核的材料包括化学式为liamnbfecmdpo4，其中m包括镁、钙、锶、钴、钛、锆、钼、钒、铌、镍、钪、铬、铜、锌、铍、镧以及铝中的至少一种元素，所述碳包覆层中包括石墨化碳。
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述磷酸锰铁锂材料中所述石墨化碳的质量百分含量为0.48％～1.02％。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述包覆层配置为通过碳源烧结后形成，并且形成所述包覆层的碳源包括葡萄糖、木糖醇、聚乙二醇、蔗糖、乳糖、柠檬酸聚丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述磷酸锰铁锂材料中所述碳包覆层的质量百分含量为0.5％-3％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述liamnbfecmdpo4中，0.98≤a≤1.10，0.10≤b≤0.68，0.20≤c≤0.70，0.01≤d≤0.12，0.98≤a/(b+c+d)≤1.03；或者，在所述liamnbfecmdpo4中，0.98≤a≤1.05，0.10≤b≤0.68，0.20≤c≤0.70，0.005≤d≤0.12，0.98≤a/(b+c+d)≤1.03。
6.根据权利要求5所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，在所述liamnbfecmdpo4中，锰元素的摩尔含量大于铁元素的摩尔含量。
7.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于：将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属m源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.10)：(0.10～0.68)：(0.20～0.70)：(0.01～0.12)。
9.根据权利要求7所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将所述前体1进行烧结处理包括将所述前体1以第一升温速率升温至第一温度，保温第一时间；其中：
10.一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，将锂源、锰源、铁源、磷源、掺杂金属m源、碳源进行混合得到前体1的步骤中，所述锂源中的锂元素、所述锰源中的锰元素、所述铁源的铁元素以及所述掺杂金属源中的掺杂金属元素的摩尔比为(0.98～1.05)：(0...
【专利技术属性】
技术研发人员：温圣耀，吴婷婷，高建行，陈勐，刘范芬，车丽媛，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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