【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、作为一种能量转换和存储系统，锂离子电池(lib)已成为人们关注的焦点，以满足日益增长的可持续能源供应需求。目前，对lib的研究主要集中在提高其电极的能量密度和倍率性能。
2、橄榄石结构的lifepo4因其优越的结构稳定性、安全性、高比容量和天然丰度而被认为是一种具有竞争力的候选材料；然而，lifepo4的氧化还原电位相对较低，约为3.4v(vsli+/li)，比层状正极材料(约4.0v)相比，能量密度较低，限制了其广泛的应用。同样橄榄型结构的limnpo4在充放电过程中具有很强的热力学和动力学稳定性，理论容量接近lifepo4(约170mah/g)；此外，与lifepo4相比，limnpo4中的mn2+/mn3+氧化还原电对由于具有更高的电压平台(4.1v)，可提高能量密度(与lifepo4相比提高约20％)；然而，limnpo4极低的电子传导性和锂离子扩散性降低了其电化学活性；同时，mn3+的jahn-teller畸变也阻碍了锂离子的嵌入脱出过程，并导致相当大的体积变化(约10％)，这给limnpo4材料的开发带来了严峻的挑战。
3、为了克服上述挑战，通过优化制备路线来制备纳米尺寸的掺铁锂离子电池材料limnfepo4(lmfp)是一种有效的方法；其中，fe2+掺杂可以大大提高limnpo4的电导率和锂离子扩散率，同时保持较高的工作电压，减少了mn3+的歧化反应和jahn-teller效应引起的负效应；此外，表
4、因为，开发一种表面包覆均匀的碳包覆磷酸锰铁锂材料的制备方法，仍是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳包覆磷酸锰铁锂材料及其制备方法和应用，所述制备方法制备得到的碳包覆磷酸锰铁锂材料的整体粒径较小，且表面包覆的碳层十分均匀，进而有效缩短了离子和电子的扩散距离，使所述碳包覆磷酸锰铁锂材料具有优异的导电性能、结构稳定性以及较高的比容量。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种碳包覆磷酸锰铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括：将锂源、锰源、铁源、磷源和碳源在溶剂中进行混合，经离心干燥、热处理和煅烧处理，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料。
4、本专利技术提供的制备方法通过一次加料，即直接将所有原料(包括锂源、锰源、铁源、磷源和碳源)在溶剂中进行混合，然后经离心干燥、热处理和煅烧处理，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料；其中，一次加料不仅避免了传统固相法(先将锂源、锰源、铁源和磷源进行反应，干燥后再加入碳源)容易导致碳包覆层不均匀以及均相反应较差的问题，且具有制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉以及适合工业化大规模生产的优势；并且经热处理和煅烧处理两次加热，热处理的温度相对较低，能够使原料分解，而煅烧处理的温度相对较高，能使晶体成型，上述两次加热处理弥补了传统固相法均相反应较差的缺点；
5、因此，采用本专利技术所述提供的制备方法制备得到的碳包覆磷酸锰铁锂材料的粒径较小，可以有效缩短锂离子和电子的扩散距离，且材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，同时碳包覆层均匀致密，不仅能降低磷酸锰铁锂和电解液直接接触发生副反应的风险，且能够降低磷酸锰铁锂中锰元素的溶出，维持了电极材料的结构稳定性，也加快了材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性。
6、优选地，所述锂源、锰源、铁源和磷源的摩尔比为(1～1.2):(0.5～0.9):(0.1～0.5):1。
7、其中，所述锂源和磷源的摩尔比可以为1:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1或1.2:1等；所述锰源和磷源的摩尔比可以为0.55:1、0.6:1、0.65:1、0.7:1、0.75:1、0.8:1或0.85:1等；所述铁源和磷源的摩尔比为0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1或0.45:1等。
8、优选地，所述锂源包括草酸锂、碳酸锂、磷酸锂、硝酸锂或异丙醇锂中的任意一种或至少两种的组合。
9、优选地，所述锰源包括硫酸锰、草酸锰、碳酸锰、氯化锰、溴化锰或乙酸锰中的任意一种或至少两种的组合。
10、优选地，所述铁源包括氯化亚铁、硫酸亚铁、草酸亚铁、硝酸亚铁或磷酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合。
11、优选地，所述磷源包括磷酸锂、磷酸一氢铵或磷酸二氢铵中的任意一种或至少两种的组合。
12、优选地，以所述锂源、锰源、铁源和磷源的总质量为100％计，所述碳源的质量为1～5％，例如1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或4.5％等，进一步优选为2～4％。
13、作为本专利技术的优选技术方案，如果碳源的相对用量过低，则会导致碳包覆层的厚度较薄，包覆均匀性较差；而如果碳源的相对用量较高，则容易导致包覆层的厚度较厚，阻碍li+的迁移率，从而增加正极/电解质界面的电荷转移电阻(rct)，导致电池的电学性能较差。
14、优选地，所述碳源为复合碳源。
15、优选地，所述复合碳源包括葡萄糖、蔗糖、石墨烯、果糖、聚乙烯醇、柠檬酸、抗环血酸、沥青、油酸或环氧树脂中的任意两种或多种的组合，进一步优选为优选和蔗糖的组合、油酸和葡萄糖的组合。
16、优选地，所述复合碳源包括油酸，选择所述油酸优选作为复合碳源中的至少一种，其可以充当抗氧化剂，在高温下发生还原反应，可以防止fe2+、mn2+在高温的过程中被氧化，进而可以进一步提高制备得到的碳包覆磷酸锰铁锂材料的比容量、导电性能和结构稳定性，且所述复合碳源包括油酸时，其与另外一种碳源的质量比优选为1:(1～4)，例如1:1.5、1:2、1:2.5、1:3或1:3.5等。
17、优选地，所述碳包覆磷酸锰铁锂材料的粒径为40～80nm，例如45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm或75nm等，在此粒径范围内的碳包覆磷酸锰铁锂材料为球状颗粒，兼具优异的导电性能、结构稳定性和高比容量
18、需要说明的是，在本专利技术中，所述“粒径”指的是平均粒径，且在本专利技术中，上述碳包覆磷酸锰铁锂材料的粒径可以通过调整热处理和煅烧处理过程中的参数进行调控。
19、优选地，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。
20、优选地，所述混合的方法为球磨混合。
21、优选地，所述球磨混合的转速为300～550r/min，例如320r/min、340r/min、360r/min、380r/min、400r/min、450r/min、500r/min或550r/min等。
22、优选地，所述球磨混合的时间为5～10h，例如5.5h、6h本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳包覆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：将锂源、锰源、铁源、磷源和碳源在溶剂中进行混合，经离心干燥、热处理和煅烧处理，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源、锰源、铁源和磷源的摩尔比为(1～1.2):(0.5～0.9):(0.1～0.5):1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以所述锂源、锰源、铁源和磷源的总质量为100％计，所述碳源的质量为1～5％；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合的方法为球磨混合；
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述离心干燥的温度为80～180℃，时间为60～600min；
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
8.一种碳包覆磷酸
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的碳包覆磷酸锰铁锂材料或如权利要求8所述的碳包覆磷酸锰铁锂材料。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆应用如权利要求9所述的锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种碳包覆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：将锂源、锰源、铁源、磷源和碳源在溶剂中进行混合，经离心干燥、热处理和煅烧处理，得到所述碳包覆磷酸锰铁锂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源、锰源、铁源和磷源的摩尔比为(1～1.2):(0.5～0.9):(0.1～0.5):1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以所述锂源、锰源、铁源和磷源的总质量为100％计，所述碳源的质量为1～5％；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1～4...
【专利技术属性】
技术研发人员：林博，李琦，谭明锋，韦何磊，
申请(专利权)人：广西柳工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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