一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池拥有较高的能量密度，即在相同重量或体积下，它能够存储更多的能量，这使得锂离子电池非常适合应用在需要长时间供电但又受限于重量或体积的设备中，如智能手机、笔记本电脑和电动汽车等。锂离子电池的正极材料是电池不可或缺的功能结构单元，直接影响着锂离子电池的性能。

2、磷酸锰铁锂(lmfp)作为一种新型的锂离子电池正极材料，其与传统的磷酸铁锂(lfp)相比，磷酸锰铁锂引入了锰元素，能够提供更高的电压平台(约4.1v)，从而提高了电池的能量密度。但磷酸锰铁锂电子电导率比磷酸铁锂低两个数量级，这会导致电子传输过程较慢，影响充放电速率和整体电化学性能，因此通常会在磷酸锰铁锂表面元素掺杂或表面碳包覆等手段以提高其电导率。

3、碳包覆层具有良好的导电性，能够为电子提供快速传输的通道，有助于提高材料内部的电子传输效率，减少电池充放电过程中的极化，提升电池的整体性能。但是，磷酸锰铁锂材料与碳层亲和力较差，在长期循环过程中可能导致碳层无法紧密地附着在磷酸锰铁锂材料表面，从而在电池充放电过程中，由于体积的膨胀或收缩，碳层容易脱落或产生裂纹。

4、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，用于改善现有磷酸锰铁锂正极材料所存在的电子导电率低，以及当采用碳包覆改性时稳定性不足的缺陷。

2、本发明的第二目的在于提供一种磷酸锰铁锂，具有循环稳定性强、导电性良好等电化学性能表现。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池。

4、本发明的第四目的在于提供一种用电设备。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将包含磷源、锂源、铁源和锰源的溶液混合研磨，得到第一物料；

8、(2)向所述第一物料中加入分散剂，混合研磨，得到第二物料；

9、(3)将所述第二物料依次进行喷雾干燥、烧结和破碎，得到磷酸锰铁锂正极材料；

10、其中，所述分散剂包括壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的至少一种。

11、一种磷酸锰铁锂，根据所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法制得。

12、一种锂离子电池，包括所述的磷酸锰铁锂。

13、一种用电设备，包括所述的锂离子电池。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、本发明提供了一种兼具氮掺杂和碳包覆的改性方式的磷酸锰铁锂的制备方法，通过引入特定种类的有机分散剂：(1)分散剂吸附在磷酸锰铁锂颗粒表面并形成一层保护膜，阻止颗粒之间的直接接触，避免团聚现象的发生；同时，引入分散剂使得研磨过程中浆料粘度降低，起到提高分散性的作用，使喷雾造粒过程中颗粒更均匀；(2)分散剂作为碳源和氮源，使前驱体经过高温烧结后同时实现氮掺杂和碳包覆，有效改善磷酸锰铁锂材料的导电性和稳定性，提升其电化学性能；具体而言，氮原子通过c-n键在碳晶格中产生缺陷和额外的电子态，增加碳层的载流子浓度和电子迁移率，使电子传输更加顺畅，降低阻抗，提高磷酸锰铁锂材料与碳层亲和力，达到改善电性能的目的；(3)分散剂通过调节磷酸铁锂颗粒表面的电荷分布，使颗粒之间产生静电斥力，从而增强分散稳定性；(4)通过在第二次研磨前加入有机分散剂，可以大幅度提高浆料的固含量，进而有效减短研磨所需要的时间，提高单位时间内的生产量进而达到提高生产效率、降低能耗的效果，从而降低生产成本。

技术特征：

1.一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，在所述第一物料中，磷、锂、铁和锰的摩尔比为1：1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)。

4.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，所述第一物料的粒径为0.8μm～1.8μm；

5.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖的分子量为5000～10000；

6.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进风温度为200℃～260℃，出风温度为85℃～100℃。

7.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为600℃～790℃，所述烧结的保温时间为7h～12h；

8.如权利要求1～7任一项所述的氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂的制备方法制得的磷酸锰铁锂。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的磷酸锰铁锂。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结
本发明提供了一种氮掺杂碳包覆型磷酸锰铁锂及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域。具体而言，将包含磷源、锂源、铁源和锰源的溶液混合研磨，得到第一物料；向所述第一物料中加入分散剂，混合研磨，得到第二物料，其中分散剂包括壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的至少一种；将所述第二物料依次进行喷雾干燥、烧结和破碎，得到磷酸锰铁锂正极材料。本发明通过采用特定种类的有机分散剂，并通过特定工艺流程引入，能够有效避免晶粒团聚，并改善磷酸锰铁锂材料的导电性和碳包覆稳定性，进而有效提升正极材料的电化学性能；同时本发明的制备方法简单易行，具有批量化应用的前景。

技术研发人员：闫明,李文雅,杨华,郜烨苗,刘翠侠,李琳,徐梦圆
受保护的技术使用者：河南佰利新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20