本发明专利技术提供一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用，所述磷酸锰铁锂材料包括化学组成为LiMn<subgt;1‑x‑y</subgt;Fe<subgt;x</subgt;M<subgt;y</subgt;PO<subgt;4</subgt;的内核和覆盖在所述内核至少部分表面的碳包覆层，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.05，M包括Mg、Ca、Sr、Co、Ti、Zr、Ni、Cr、Zn中的一种或多种；所述磷酸锰铁锂材料在0.2C/2.0V‑4.3V下的首次库伦效率大于94％；所述磷酸锰铁锂材料在5C下的放电倍率Q<subgt;5c</subgt;/Q<subgt;0.2c</subgt;大于90％；所述磷酸锰铁锂材料的中值电压大于3.95V。本发明专利技术的磷酸锰铁锂材料具有高首次库伦效率，高倍率性能，高中值电压，应用于锂离子电池，可提高锂离子电池的循环性能，倍率性能和能量密度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，尤其涉及一种磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着新能源行业的快速发展，对于锂离子电池的需求量迅速增加。磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂升级后的材料，晶体结构与磷酸铁锂相似，具有稳定的化学特性和优异的安全性能。与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂具有更高的比容量和工作电压，与三元材料相比，其成本更低，因此，磷酸锰铁锂材料作为锂离子电池正极活性材料具有广阔的市场应用前景。
2、现阶段，磷酸锰铁锂的制备方法制得的磷酸锰铁锂材料的主要问题在于较低的首次库伦效率和倍率性能，且中值电压较低，进而影响了电池的循环性能，倍率性能和能量密度。因此，开发出一种具有高首次库伦效率和倍率性能，且中值电压较高的磷酸锰铁锂材料是现阶段亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种磷酸锰铁锂材料，该磷酸锰铁锂材料具有高首次库伦效率，高倍率性能，高中值电压，应用于锂离子电池，可提高锂离子电池的循环性能，倍率性能和能量密度。
2、本专利技术还提供一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，该制备方法能够制备得到上述磷酸锰铁锂材料，且工艺简单，成本低。
3、本专利技术还提供一种正极片，由于该正极片包括上述磷酸锰铁锂材料，因此，该正极片用于锂离子电池，能够提高锂离子电池的循环性能，倍率性能和能量密度。
4、本专利技术还提供一种锂离子电池，由于该锂离子电池包括上述正极片，因此该锂离子电池具有良好的循环性能，倍率性能和能量密度。
>5、第一方面，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料包括化学组成为limn1-x-yfexmypo4的内核和覆盖在所述内核至少部分表面的碳包覆层，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.05，m包括mg、ca、sr、co、ti、zr、ni、cr、zn中的一种或多种；6、所述磷酸锰铁锂材料在0.2c/2.0v-4.3v下的首次库伦效率大于94％；
7、所述磷酸锰铁锂材料在5c下的放电倍率q5c/q0.2c大于90％；
8、所述磷酸锰铁锂材料的中值电压大于3.95v。
9、如上所述的磷酸锰铁锂材料，所述磷酸锰铁锂材料的粒径分布宽度span为0.9-2.0。
10、第二方面，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：
11、1)依次将磷源溶液、铁源/锰源/还原剂/m源溶液加入锂源溶液中，得到混合溶液，将碳源加入所述混合溶液中，超声搅拌，得到前驱体浆液，
12、其中，所述m源为提供掺杂元素m的化合物，所述m包括mg、ca、sr、co、ti、zr、ni、cr、zn中的一种或多种；
13、2)使所述前驱体浆液在惰性气体气氛下，以2-10℃/min升温至120-200℃，恒温1-6h进行搅拌热反应结晶处理，得到晶浆液；
14、3)将所述晶浆液进行离心、洗涤、干燥处理后过筛研磨，得到固体颗粒；
15、4)将所述固体颗粒在惰性气体气氛下，以1-10℃/min升温至500-750℃，恒温0.5-6h，得到磷酸锰铁锂材料。
16、如上所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，满足以下式1至式2，
17、1≤v/c≤3 式1，
18、0.01≤t/c≤0.02 式2；
19、其中，v为所述搅拌热反应结晶处理的搅拌速率，r/min；t为搅拌时间，h；c为所述前驱体浆液的浓度，g/l。
20、如上所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述搅拌热反应结晶处理中还包括超声处理，且满足以下式3至式4，
21、0.1≤f/c≤0.2 式3，
22、0.01≤t/c≤0.02 式4；
23、其中，f为所述超声处理的频率，khz；t为超声时间，h；c为所述前驱体浆液的浓度，g/l。
24、如上所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述磷源溶液通过将磷源加入到包括去离子水和有机分散剂的第一溶剂中，超声搅拌处理得到；
25、所述磷源与去离子水的质量比为3:1-6:1，所述去离子水与有机分散剂的体积比为0.02:1-0.04:1。
26、如上所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述锂源溶液通过将锂源加入到包括去离子水和有机分散剂的第二溶剂中，超声搅拌处理得到；
27、所述锂源与去离子水的质量比为1:3-1:5，所述去离子水与有机分散剂的体积比为1.5:1-2.5:1。
28、如上所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述铁源/锰源/还原剂/m源溶液通过将铁源、锰源、还原剂、m源分别加入到包括去离子水的第三溶剂中，超声搅拌处理得到；
29、所述铁源/锰源/还原剂/m源的总质量与去离子水的质量比为0.5:1-1:1。
30、第三方面，本专利技术提供一种正极片，所述正极片包括如上所述的磷酸锰铁锂材料或采用如上所述的制备方法制得的磷酸锰铁锂材料。
31、第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上所述的正极片。
32、本专利技术提供一种磷酸锰铁锂材料，该材料具有高首次库伦效率，高倍率性能，高中值电压，应用于锂离子电池，可提高锂离子电池的循环性能，倍率性能和能量密度。
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【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化学组成为LiMn1-x-yFexMyPO4的内核和覆盖在所述内核至少部分表面的碳包覆层，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.05，M包括Mg、Ca、Sr、Co、Ti、Zr、Ni、Cr、Zn中的一种或多种；
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料的粒径分布宽度SPAN为0.9-2.0。
3.一种如权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，满足以下式1至式2，
5.根据权利要求3或4所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌热反应结晶处理中还包括超声处理，且满足以下式3至式4，
6.根据权利要求3-5任一项所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷源溶液通过将磷源加入到包括去离子水和有机分散剂的第一溶剂中，超声搅拌处理得到；
7.根据权利要求3-6任一项所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述锂源溶液通过将锂源加入到包括去离子水和有机分散剂的第二溶剂中，超声搅拌处理得到；
8.根据权利要求3-7任一项所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述铁源/锰源/还原剂/M源溶液通过将铁源、锰源、还原剂、M源分别加入到包括去离子水的第三溶剂中，超声搅拌处理得到；
9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂材料或采用权利要求3-8任一项所述的制备方法制得的磷酸锰铁锂材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求9所述的正极片。
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【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化学组成为limn1-x-yfexmypo4的内核和覆盖在所述内核至少部分表面的碳包覆层，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.05，m包括mg、ca、sr、co、ti、zr、ni、cr、zn中的一种或多种；
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料的粒径分布宽度span为0.9-2.0。
3.一种如权利要求1或2所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，满足以下式1至式2，
5.根据权利要求3或4所述的磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌热反应结晶处理中还包括超声处理，且满足以下式3至式4，
6.根据权利要求3-...
【专利技术属性】
技术研发人员：张竣翔，王璐，孔德香，苑永，李积刚，
申请(专利权)人：天津容百斯科兰德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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