本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、磷酸錳鐵鋰屬于磷酸鐵鋰與磷酸錳鋰混摻的產(chǎn)物，在結(jié)構(gòu)方面與磷酸鐵鋰相同，晶型方面均為有序規(guī)整的橄欖石型結(jié)構(gòu)，因此和磷酸鐵鋰一樣具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。錳元素相較于貴重金屬鈷和鎳價格便宜，原料制備成本較低。再加上類似鐵鋰的高安全性能，高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，兼具了磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰優(yōu)點(diǎn)，同時還可以彌補(bǔ)了磷酸鐵鋰能量密度低的短板。
2、磷酸錳鐵鋰材料存在兩個固有的缺陷：一個是因為強(qiáng)的p-o鍵限制了電子的自由運(yùn)動造成電子電導(dǎo)率較低；另一個是磷酸錳鐵鋰材料橄欖石型結(jié)構(gòu)造成其li+擴(kuò)散通道是一維的，其li+擴(kuò)散速率較低；這兩個缺陷導(dǎo)致磷酸錳鐵鋰電池的放電容量較低以及倍率性能較差。
3、離子摻雜可以造成磷酸錳鐵鋰材料晶格中l(wèi)i位、mn位或fe位缺陷，在材料晶格中產(chǎn)生空位或改變原子間鍵長，方便li+在晶格中的移動，提高li+的擴(kuò)散速率，從而提高磷酸錳鐵鋰電池的放電容量和倍率性能；采用碳包覆改性可以有效增強(qiáng)磷酸錳鐵鋰材料的電導(dǎo)率進(jìn)而提高其放電容量和倍率性能，但現(xiàn)有碳包覆改性磷酸錳鐵鋰材料的放電容量和倍率性能依舊較差。因此，如何進(jìn)一步提升磷酸錳鐵鋰電池的放電容量和倍率性能是一個亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池及其制備方法，以解決磷酸錳鐵鋰材料的電導(dǎo)率低以及l(fā)i+擴(kuò)散速率低的問題，進(jìn)而提升磷酸錳鐵鋰電池的放電容量和倍率性能。
2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
4、s1、將鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料和三維碳材料燒結(jié)，三維碳材料熱解產(chǎn)生的碳原子或碳分子沉積在鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料表面形成碳層，再經(jīng)過冷卻、粉碎、研磨，得到三維碳層包覆的鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰正極材料，記作limn0.6fe0.4-ymgypo4@c；
5、s2、以limn0.6fe0.4-ymgypo4@c為原料制備正極片組裝成電池。
6、進(jìn)一步的，s1中所述燒結(jié)的溫度為100-120℃，燒結(jié)的時間為10-12h。
7、進(jìn)一步的，s1中所述三維碳材料和鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料的質(zhì)量比為1:25-35。
8、進(jìn)一步的，s1中所述鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料通過如下步驟制備：
9、將li2co3、nh4h2po4、mnc2o4、feso4和mgo與去離子水混合，制成固體含量為40％的前驅(qū)體漿料；將前驅(qū)體漿料經(jīng)過納米研磨機(jī)研磨4-6h后進(jìn)行噴霧干燥；將噴霧干燥的前驅(qū)體于氮?dú)鈿夥障?50℃煅燒8-10h，冷卻至室溫，得到鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料。
10、進(jìn)一步的，所述li2co3、nh4h2po4、mnc2o4、feso4和mgo的物質(zhì)的量之比為n(li2co3)：n(nh4h2po4)：n(mnc2o4)：n(feso4+mgo)＝0.5：1：0.6：0.4；
11、n(mgo)：n(feso4)＝0.005-0.015：0.385-0.395。
12、進(jìn)一步的，s1中所述三維碳材料通過如下步驟制備：
13、將三維mofs材料和有機(jī)碳源超聲分散在水溶液中；然后將混合物于170℃反應(yīng)10-12h后，經(jīng)冷卻、離心、去離子水和乙醇洗滌、干燥得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體在5％h2/ar氣氛下，以1℃/min升溫至800-1000℃熱解2h，得到三維碳材料。
14、進(jìn)一步的，所述三維mofs材料為zif-8、zif-67和zif-4中的一種；
15、所述有機(jī)碳源為葡萄糖、果糖和蔗糖中的一種。
16、進(jìn)一步的，所述三維mofs材料和有機(jī)碳源的質(zhì)量比為0.1g:0.8-2.4g。
17、進(jìn)一步的，s2中所述正極片通過如下步驟制備：
18、將limn0.6fe0.4-ymgypo4@c分別與炭黑和pvdf以96:2:2的質(zhì)量比混合制成正極漿料，漿料經(jīng)過涂布、輥壓、分切、制片等工序制成正極片。
19、一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法制備而成。
20、本發(fā)明的有益效果：
21、(1)本發(fā)明在磷酸錳鐵鋰材料中摻雜鎂離子，在鎂離子摻雜的情況下，mg會優(yōu)先以fe位而不是li位，導(dǎo)致li+電導(dǎo)率更高；鎂離子的摻雜使橄欖石結(jié)構(gòu)的lio6八面體的li-o鍵長度變長，從而使得li+更易遷移，增加li+的擴(kuò)散速率。
22、(2)本發(fā)明制備得到三維碳材料包覆磷酸錳鐵鋰材料，三維碳材料不僅能夠顯著提高材料的電子導(dǎo)電性，并且形成復(fù)雜的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以為li+提供更多的擴(kuò)散路徑，在一定程度上使li+繞過原本的一維擴(kuò)散通道，從而增加li+的擴(kuò)散速率；三維碳材料還能夠有效地穩(wěn)定磷酸錳鐵鋰材料的結(jié)構(gòu)，防止顆粒的團(tuán)聚，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有助于保持li+擴(kuò)散通道的暢通，從而進(jìn)一步提高li+擴(kuò)散速率。
23、(3)本發(fā)明結(jié)合鎂離子摻雜和三維碳材料包覆磷酸錳鐵鋰材料，提高了磷酸錳鐵鋰材料的li+擴(kuò)散速率和電子導(dǎo)電性，從而使制備得到的電池不僅具有高安全性，并且具有高放電容量和優(yōu)異的倍率性能。
1.一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s1中所述燒結(jié)的溫度為100-120℃，燒結(jié)的時間為10-12h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s1中所述三維碳材料和鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料的質(zhì)量比為1:25-35。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s1中所述鎂離子摻雜磷酸錳鐵鋰材料通過如下步驟制備：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s1中原料的物質(zhì)的量之比為n(li2co3)：n(nh4h2po4)：n(mnc2o4)：n(feso4+mgo)＝0.5：1：0.6：0.4；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s1中所述三維碳材料通過如下步驟制備：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，所述三維mofs材料為zif-8、zif-67和zif-4中的一種；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，所述三維mofs材料和有機(jī)碳源的質(zhì)量比為0.1g:0.8-2.4g。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，s2中所述正極片通過如下步驟制備：
10.一種高安全性磷酸錳鐵鋰電池，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法制備而成。