本发明属于锂离子电池，具体涉及一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、面对新能源领域的快速发展，锂离子电池自成功开发以来，扮演着越来越重要的角色，作为锂离子电池的关键组分，正极材料一直是提升锂离子电池性能的关键。
2、橄榄石型磷酸锰铁锂正极材料因其具有高的理论容量、高安全性与高电压平台等特点，备受人们重视。目前，制备磷酸锰铁锂常见的方法有高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法等，其中，水热法凭借其能够合成优异的纳米晶，保证材料的一致性等优点被广泛运用。然而，现有技术制备的磷酸锰铁锂由于其电子电导率与锂离子扩散系数低等因素，导致循环与倍率性能差，现有技术中的磷酸锰铁锂材料正极材料limn0.6fe0.4po4/c用于锂离子电池时，锂离子电池在3c的循环下，其容量只能达到120mah/g左右，严重影响正极材料的运用，不适用于大规模工业化生产。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，解决了磷酸锰铁锂材料的循环性能与倍率性能差的技术问题。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、本发明提供了一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料，磷酸锰铁锂正极材料的化学通式包括limnxfe1-xpo4/c。
4、优选的，磷酸锰铁锂正极材料具有均匀的纳米棒状结构。
5、优选的，磷酸锰铁锂正极材料的晶粒尺寸为200-500nm。
6、本发明提供了一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
7、（1）将锂源、磷酸、铁源、锰源与水混合，进行水热反应，得到磷酸锰铁锂前驱体；所述磷酸锰铁锂前驱体的化学式为limnxfe1-xpo4，其中，0.2≤x≤0.8；
8、（2）将所述磷酸锰铁锂前驱体、碳源和水混合，将所得混合物采用喷雾干燥法进行碳包覆，得到碳包覆的磷酸锰铁锂前驱体；其中，磷酸锰铁锂前驱体、碳源和水的用量比为100g:（2~6）g:（200~300）ml；
9、（3）将所述碳包覆的磷酸锰铁锂前驱体进行焙烧，得到高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料。
10、优选的，步骤（1）中，所述磷酸的质量浓度为75%~90%，所述锂源、磷酸、锰源与铁源的物质的量之比为3:1:x:1-x；其中0.2≤x≤0.8。
11、优选的，所述锂源包括一水合氢氧化锂或氯化锂；所述铁源包括七水合硫酸亚铁或氯化亚铁；所述锰源包括硫酸锰或氯化锰。
12、优选的，步骤（1）中，所述水热反应的温度为150~200℃，时间为15~24h。
13、优选的，步骤（2）中，所述碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉和木糖醇中的一种或几种；所述碳源的质量为所述磷酸锰铁锂前驱体和碳源总质量的2%~6%。
14、优选的，步骤（2）中，所述喷雾干燥法中，固体成分的质量占混合物总质量的30%~40%，所用喷雾干燥机的温度为150~180℃，喷雾进料速度为10~20ml/min。
15、优选的，步骤（3）中，所述焙烧的温度为600~800℃，时间为3~5h。
16、优选的，步骤（3）中，升温至所述焙烧温度的升温速率为4~8℃/min；所述焙烧在保护气氛下进行；所述保护气氛为氩气、氮气和氦气中的一种或几种。
17、本发明提供了上述技术方案所述高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19、本发明公开的磷酸锰铁锂正极材料limnxfe1-xpo4/c，其中，0.2≤x≤0.8，通过对x的值进行调节，x值越大，能量密度越高，实现了磷酸锰铁锂正极材料的性能优化。实验表明x取0.6时该材料的性能、能量密度与循环寿命更均衡。具有均匀的纳米棒状结构，该结构微粒均匀，分散性好，且显著减小了材料的尺寸，经实验验证，材料的晶粒尺寸为200-500nm，这使得锂离子在材料中的传输路径更短，从而提高了材料的倍率性能。同时，这种结构保持了材料物相的一致性，进一步增强了其在电化学循环中的稳定性。
20、本发明公开了基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法。首先，采用水热法合成磷酸锰铁锂前驱体，高温高压的环境使得磷酸锰铁锂微观结构呈现均匀的纳米棒状，减小了尺寸，缩短了锂离子的传输途径，保证了最终正极材料物相的一致性，提高了正极材料的倍率性能，经实验验证，该制备方法制得磷酸锰铁锂正极材料用于锂离子电池时，锂离子电池在3c的循环下，其容量仍保持在138mah/g，表明其具有很好的倍率性能。其次，本发明采用喷雾干燥法进行碳包覆，将磷酸锰铁锂前驱体与碳源混合后通过喷雾造粒，使得碳包覆均匀且不会破坏磷酸锰铁锂前驱体的纳米棒状结构，进而提高了材料的循环稳定性。经实验验证，该制备方法制得磷酸锰铁锂正极材料用于锂离子电池时，0.1c下循环150圈后，其容量仍可达到143mah/g，表明其具有很好的循环性能。最后，经高温焙烧，在磷酸锰铁锂表面形成均匀的碳涂层，进一步增强了材料的导电性，为锂离子扩散提供了通道，抑制晶粒生长，提高了材料的循环与倍率性能。
21、进一步的，在碳包覆过程中，过高或过低的碳含量均可能导致性能下降，本发明中采用质量占比为磷酸锰铁锂前驱体和碳源总质量的2%~6%的碳源，有效提升了材料的电化学性能。
22、进一步的，通过将喷雾干燥机的温度，喷雾进料速度控制为一定的数值范围，并对焙烧温度、时间和升温速率的参数进一步优化，确保了磷酸锰铁锂正极材料性能的最佳化。这些参数的优化不仅提高了材料的结晶度和纯度，还进一步提升了其电化学性能。
23、进一步的，本发明制备工艺简单，成本低廉，环境友好，适用于工业化生产。
1.一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，磷酸锰铁锂正极材料的化学式：limnxfe1-xpo4/c，其中，0.2≤x≤0.8。
2.根据权利要求1所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所磷酸锰铁锂正极材料的化学式：limnxfe1-xpo4/c，其中，x=0.4~0.7。
3.根据权利要求1所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，所磷酸锰铁锂正极材料的化学式：limnxfe1-xpo4/c，其中，x=0.5~0.6。
4.根据权利要求1所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料，其特征在于，磷酸锰铁锂正极材料具有均匀的纳米棒状结构，晶粒尺寸为200-500nm。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，锂源包括一水合氢氧化锂或氯化锂；铁源包括七水合硫酸亚铁或氯化亚铁；锰源包括硫酸锰或氯化锰；
7.根据权利要求5所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，碳源包括蔗糖、葡萄糖、淀粉或木糖醇中的一种或几种；碳源的质量为磷酸锰铁锂前驱体和碳源总质量的2%~6%。
8.根据权利要求5所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，喷雾干燥法中，固体成分的质量占混合物总质量的30%~40%，所用喷雾干燥机的温度为150~180℃，喷雾进料速度为10~20ml/min。
9.根据权利要求5所述的一种基于共沉淀的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，焙烧的温度为600~800℃，时间为3~5h。
10.权利要求1-4任意一项所述的高倍率性能磷酸锰铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
