一种改性磷酸锰铁锂材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及磷酸锰铁锂材料，具体而言，涉及一种改性磷酸锰铁锂材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、磷酸锰铁锂(limnxfe1-xpo4)是一种在磷酸铁锂(lifepo4)基础上通过掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐类锂电正极材料。磷酸锰铁锂相比传统的磷酸铁锂材料而言，可在保持磷酸盐类电池的安全性和循环稳定性的同时，还能具有较高的能量密度，例如，其能量密度可比磷酸铁锂高出约15％～20％，这意味着使用磷酸锰铁锂作为电池正极材料可以增加电动汽车的续航里程。但磷酸锰铁锂存在循环寿命相对较短、导电性能和倍率性能较差等缺陷。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性磷酸锰铁锂材料及其制备方法与应用，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种改性磷酸锰铁锂材料，该改性磷酸锰铁锂材料包括磷酸锰铁锂以及包覆于磷酸锰铁锂的表面的碳包覆层；

4、其中，磷酸锰铁锂的化学式为lifexmn1-xpo4，0＜x＜1；碳包覆层中的碳源包括石墨相氮化碳。

5、第二方面，本发明提供一种如前述实施方式的改性磷酸锰铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：将磷酸锰铁锂和碳源的混合物进行球磨，随后进行热处理，得到改性磷酸锰铁锂材料。

6、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂和碳源的质量比为(10-y):y，0＜y≤5。

7、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂与碳源的质量比为5:5至9:1。

8、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂的制备包括：将磷源、锰源、铁源以及锂源混合后球磨，干燥，烧结。

9、在可选的实施方式中，磷源包括磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸、磷酸铁和磷酸二氢铵中的至少一种；

10、和/或，锰源包括草酸锰、硫酸锰、硝酸锰、碳酸锰、醋酸锰、氯化锰和四氧化三锰中的至少一种；

11、和/或，铁源包括草酸亚铁、磷酸铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种；

12、和/或，锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂、磷酸二氢锂、柠檬酸锂和醋酸锂中的至少一种。

13、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂的制备过程中的球磨是于100rpm～400rpm的条件下进行2h～4h；

14、和/或，磷酸锰铁锂的制备过程中的干燥是于75℃～85℃的条件下进行1h～2h；

15、和/或，磷酸锰铁锂的制备过程中的烧结是于600℃～750℃的条件下进行8h～12h；

16、和/或，磷酸锰铁锂的制备过程中的烧结氛围为惰性气体与还原性气体的混合气。

17、在可选的实施方式中，还原性气体在混合气中的体积百分数为4％～6％。

18、在可选的实施方式中，碳源由三聚氰胺和尿素热解制得。

19、在可选的实施方式中，三聚氰胺与尿素的质量比为6:4至8:2。

20、在可选的实施方式中，热解温度为480℃～520℃，热解时间为2h～4h。

21、在可选的实施方式中，磷酸锰铁锂和碳源的混合物的球磨的转速为200rpm～400rpm，球磨的时间为2h～4h。

22、在可选的实施方式中，热处理的温度为550℃～750℃，热处理的时间为3h～5h，热处理是于保护气氛下进行。

23、第三方面，本发明提供一种电池，该电池的正极材料包括前述实施方式的改性磷酸锰铁锂材料。

24、本发明的有益效果包括：

25、本发明通过碳包覆可提供稳定的化学和电化学反应界面，保护材料表面，提高材料的结构稳定性。该碳包覆层特定采用石墨相氮化碳(g-c3n4)作为碳源，热解后分解生成吡啶碳和吡咯碳。吡啶碳和吡咯碳的氮原子可以提供孤对电子，不仅有助于稳定正电荷，提高离子电导，而且还可贡献自由电子，增强电子电导，增强离子扩散性能，此外，上述碳源中的n还可改变碳包覆层的结构，达到增强包覆的效果，抑制mn的溶出，改善磷酸锰铁锂的电化学性能。

26、也即，本发明提供的改性磷酸锰铁锂材料通过在磷酸锰铁锂的表面包覆含n(吡啶n和吡咯n)的碳化物，能够具有较长的循环寿命、较高的导电性能以及倍率性能。

27、该改性磷酸锰铁锂材料的制备方法简单，易操作，适于工业化生产。该改性磷酸锰铁锂材料可进一步制备成电池，有利于使电池具有良好的电化学性能。

技术特征：

1.一种改性磷酸锰铁锂材料，其特征在于，所述改性磷酸锰铁锂材料包括磷酸锰铁锂以及包覆于所述磷酸锰铁锂的表面的碳包覆层；

2.一种如权利要求1所述的改性磷酸锰铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磷酸锰铁锂和碳源的混合物进行球磨，随后进行热处理，得到改性磷酸锰铁锂材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂和所述碳源的质量比为(10-y):y，0＜y≤5；

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的制备包括：将磷源、锰源、铁源以及锂源混合后球磨，干燥，烧结。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磷源包括磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸、磷酸铁和磷酸二氢铵中的至少一种；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的制备过程中的球磨是于100rpm～400rpm的条件下进行2h～4h；

7.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源由三聚氰胺和尿素热解制得；

8.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锰铁锂和所述碳源的混合物的球磨的转速为200rpm～400rpm，球磨的时间为2h～4h。

9.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，热处理的温度为550℃～750℃，热处理的时间为3h～5h，热处理是于保护气氛下进行。

10.一种电池，其特征在于，所述电池的正极材料包括权利要求1所述的改性磷酸锰铁锂材料。

技术总结本发明公开了一种改性磷酸锰铁锂材料及其制备方法与应用，属于磷酸锰铁锂材料技术领域。该改性磷酸锰铁锂材料包括磷酸锰铁锂以及包覆于磷酸锰铁锂的表面的碳包覆层；碳包覆层中的碳源包括石墨相氮化碳。该改性磷酸锰铁锂材料具有含N的碳包覆层，可提高磷酸锰铁锂的电导率，提供稳定的化学和电化学反应界面，能够保护材料表面，抑制Mn的溶出，提高材料的结构稳定性，改善材料的电化学性能。其制备方法包括以下步骤：将磷酸锰铁锂和碳源的混合物进行球磨，随后进行热处理，得到改性磷酸锰铁锂材料。该方法简单，易操作，适于工业化生产。该改性磷酸锰铁锂材料可进一步制备成电池，有利于使电池具有良好的电化学性能。技术研发人员：陈朗朗,王文受保护的技术使用者：兰钧新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4