【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，具体涉及一种高性能磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、磷酸铁锂是一种广泛使用的动力电池正极材料，因为其安全性好、循环寿命长而得到电动汽车市场的青睐，但是其工作电压较低，fe3+/fe2+相对于li+/li的电位仅为3.4v，使得磷酸铁锂材料的比能量低，从一定程度上限制了其发展。
2、磷酸锰锂具有磷酸铁锂材料类似的结构，且其工作电压较高，fe3+/fe2+相对于li+/li的电位为4.1v，使得磷酸锰锂材料的比能量较高，但是磷酸锰锂的导电性极差，限制了其发展应用。
3、磷酸锰铁锂综合了上述两种材料的优点，既具有4v级容量，又具有良好的导电性，由于其具有高比能量及其他优势，正成为新一代动力电池的潜在应用材料。
4、目前磷酸锰铁锂复合材料所面临的挑战主要为：与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂复合材料的压实性能有明显差距，材料容量性能也与磷酸铁锂有一定差距。采用传统方法能够一定程度上提高磷酸锰铁锂复合材料的压实性能，但会导致材料的容量性能明显衰减，由此可见，提高磷酸锰铁锂复合材料的压实性能并兼顾其容量性能是磷酸锰铁锂目前迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高性能磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，该方法通过添加铝离子、氮化锆，改善了磷酸锰铁锂复合材料的容量性能，降低了碳含量，配合采用特定工艺还提高了磷酸锰铁锂复合材料的压实性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案
3、第一方面，本专利技术一种磷酸锰铁锂复合材料，其包括如下组成：磷酸锰铁锂材料及其表面的包覆层；
4、所述包覆层由碳和氮化锆形成；
5、所述磷酸锰铁锂材料中，元素li：mn：fe：p的摩尔比为(1-1.03)：x：(1-x)：1，其中x取值为0.5-0.7；具体地，x取值可为0.5-0.6、0.6-0.7、0.5-0.55、0.55-0.65、0.6、0.7；
6、所述磷酸锰铁锂材料中还掺杂铝离子。
7、所述氮化锆中的锆离子与氮离子的摩尔比为1：(1-2)；如1：(1-1.5)、1：1、1：2。
8、所述磷酸锰铁锂复合材料中的锆离子与铁离子的摩尔比为(0.001-0.005)：1，如(0.001-0.002)：1、(0.001-0.003)：1、(0.001-0.004)：1、(0.001-0.0035)：1、0.001：1、0.005：1。
9、所述磷酸锰铁锂复合材料中的铝离子与锰离子的摩尔比为(0.001-0.005)：1，如(0.001-0.002)：1、(0.001-0.003)：1、(0.001-0.004)：1、(0.001-0.0035)：1、0.001：1、0.005：1。
10、所述磷酸锰铁锂复合材料中的碳含量为1.2-1.4％，如1.2-1.3％、1.3-1.4％、1.2％或1.4％。
11、所述磷酸锰铁锂复合材料的粒径d50为0.8-1.5μm，如0.8-1μm、1.0-1.2μm、1.2-1.5μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm或1.5μm，d100≤7μm。
12、第二方面，本专利技术提供上述磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
13、s1、将铁源、磷源、锂源、锰源、含铝添加剂a、碳源和去离子水混合得到浆料a，烧结，得到碳包覆的磷酸锰铁锂a样；
14、s2、将所述磷酸锰铁锂a样、去离子水、可溶性含锆添加剂b、可溶性含氮添加剂c和碳源混合，得到浆料b；
15、s3、将所述浆料b在研磨条件下喷雾干燥，烧结，得到所述磷酸锰铁锂复合材料。
16、步骤s1中，所述铁源为氧化铁、硝酸铁和磷酸铁中的一种或多种。
17、步骤s1中，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸二氢锂和磷酸铁中的一种或多种。
18、步骤s1中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂和磷酸二氢锂中的一种或多种。
19、步骤s1中，所述锰源为三氧化二锰、四氧化三猛和碳酸锰中的一种或多种。
20、步骤s1中，所述含铝添加剂a为氧化铝、硝酸铝和碳酸铝中的一种或多种。
21、步骤s1中，所述碳源为葡萄糖、淀粉和聚乙二醇-1500(peg-1500)中的一种或多种。
22、步骤s1中，所述混合的搅拌条件为：转速为200-400r/min，如200-300r/min、300-400r/min、250-350r/min、200r/min、300r/min，搅拌时间为1-3h，如1-2h、2-3h、1.5-2.5h、2h、3h。
23、步骤s1中，所述浆料a的固含量为35％-45％wt，如35％-40％wt、40％-45％wt、35％wt或45％wt。
24、步骤s1中，将所述浆料a湿法研磨，喷雾干燥，烧结，得到所述碳包覆的磷酸锰铁锂a样；
25、步骤s1中，所述浆料a经湿法研磨至粒径d50为0.5-0.6μm，如0.5-0.55μm、0.55-0.6μm、0.55μm、0.6μm。
26、步骤s1中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度为200-260℃，如200-220℃、220-240℃、240-260℃、200℃或260℃，出风温度为100-110℃，如100-105℃、105-110℃、100℃或110℃。
27、步骤s1中，所述烧结的程序为：先升温至200-250℃，如200-225℃、225-250℃、200℃或250℃，再升温到400-500℃，如400-450℃、450-500℃、400℃或500℃，烧结时间为3-5h，如3-4h、4-5h、3h或5h。其中，升温速度为3-5℃/min，如3-4℃/min、4-5℃/min、3℃/min或5℃/min。
28、步骤s1中，所述磷酸锰铁锂a样中，碳含量为0.3-0.5％，如0.3-0.4％、0.4-0.5％、0.3％或0.5％。
29、步骤s2中，所述可溶性含锆添加剂b为四氯化锆或硝酸锆。
30、步骤s2中，所述可溶性含氮添加剂c为尿素或氨水。
31、步骤s3中，所述混合的搅拌条件为：转速为200-400r/min，如200-300r/min、300-400r/min、250-350r/min、200r/min、300r/min，搅拌时间为1-3h，如1-2h、2-3h、1.5-2.5h、2h、3h。
32、步骤s3中，所述浆料b中固含量为35％-45％wt，如35％-40％wt、40％-45％wt、35％wt或45％wt。
33、步骤s3中，所述浆料b经研磨至粒径为0.5-0.6μm，如0.5-0.55μm、0.55-0.6μm、0.5μm或0.6μm。
34、步骤s3中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度为200-260℃，如200-220℃、220-24本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸锰铁锂复合材料，包括如下组成：磷酸锰铁锂材料及其表面的包覆层；
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述氮化锆中的锆离子与氮离子的摩尔比为1：(1-2)；
3.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂复合材料中的铝离子与锰离子的摩尔比为(0.001-0.005)：1；
4.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂复合材料的粒径D50为0.8-1.5μm，D100≤7μm。
5.权利要求1-4任一项所述磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述铁源为氧化铁、硝酸铁和磷酸铁中的一种或多种；
7.根据权利要求5或6所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，将所述浆料A湿法研磨，喷雾干燥，烧结，得到所述碳包覆的磷酸锰铁锂A样；
8.根据权利要求5-7任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：步骤
9.根据权利要求5-8任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述浆料B经研磨至粒径为0.5-0.6μm；
10.一种锂离子电池，包括正极和负极；所述正极的材料为权利要求1-4任一项所述磷酸锰铁锂复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂复合材料，包括如下组成：磷酸锰铁锂材料及其表面的包覆层；
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述氮化锆中的锆离子与氮离子的摩尔比为1：(1-2)；
3.根据权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂复合材料中的铝离子与锰离子的摩尔比为(0.001-0.005)：1；
4.根据权利要求1-3任一项所述的磷酸锰铁锂复合材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂复合材料的粒径d50为0.8-1.5μm，d100≤7μm。
5.权利要求1-4任一项所述磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚杰，刘蓓，贾雪莹，雍袁星，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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