一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该正极材料为一种LiFe1‑xZnxPO4/C复合正极材料；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe1‑xZnxPO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe1‑xZnxPO4。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。
技术介绍
传统能源包括煤、石油、天然气等，其是三大传统的化石能源，对其过度使用，增加了环境污染，温室效应加剧。在能源的开发利用中，太阳能等清洁能源具有重大意义，然而开发清洁能源需要与之配套的储存器，否则，能源无法保持，会造成浪费。锂离子电池作为一种二次电池，是合理有效的利用能源的重要媒介。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电及无记忆效应和无污染等优点，通常锂离子电池由集流体、正极材料、负极材料、隔膜、电解液和电池壳组装构成；其中，正极材料对于锂离子电池的性能起到决定作用。然而，目前，以LiCoO2为代表的传统过渡金属氧化物型正极材料受到自身固有缺点限制，其作用难以发挥，LiFePO4被认为是一种最有前途的锂离子正极材料，对于设计开发符合电池的商业化意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，以解决上述提出问题。本专利技术的实施例中提供了一种磷酸铁锂电池正极材料，该正极材料为一种LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe1-xZnxPO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe1-xZnxPO4。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术的将掺杂和碳包覆结合，通过掺杂和碳包覆，使得复合正极材料取得了意料不到的有益效果，高倍率和循环稳定性得到明显提高。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术实施例的一方面涉及一种磷酸铁锂电池正极材料，具体来说，该正极材料为一种LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料，复合正极材料中颗粒粒径为40nm；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe1-xZnxPO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe1-xZnxPO4。对于提高LiFePO4正极材料的性能，通过包覆导电物质或者掺杂均能起到一定的作用，然而，现有技术中还没有将两者结合使用的报道；本申请技术方案中，将掺杂和碳包覆结合，通过掺杂和碳包覆，使得复合正极材料取得了意料不到的有益效果，高倍率和循环稳定性得到明显提高。一种优选实施方式为，上述有机/无机复合碳源为蔗糖/石墨烯复合碳源。LiFePO4具有理论容量高、结构稳定、廉价、安全性好等优点，是一种最有前途的锂离子电池正极材料。由于磷酸系正极材料的导电率低，大电流充放电性能差，限制了其在实际中的应用，因此，提高材料的电子电导率、离子扩散系数和电极与电解液之间的接触是提高材料大倍率性能的关键；现有技术中，通过包覆能够改善颗粒之间的电子传导能力，由于银、铜等金属的优良导电性，通常是通过银、铜等金属材料对LiFePO4进行包覆；或者采用碳源对其进行包覆，然而，通常是采用单一碳源或金属；本申请技术方案中，通过采用有机/无机双重碳源包覆制备正极材料，一方面改善了正极材料颗粒间的电接触，改善了材料导电率，另一方面，能够为晶体生长提供晶核生长点，同时抑制晶粒生长控制粒径，提高晶粒比表面积，使得该LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料具有纳米尺度小、比表面积高、电导率高等优点，取得了意料不到的有益效果。此外，石墨烯是一种新型的二维纳米材料，其具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。石墨烯具有高的比表面积、电子迁移率和热导率；将石墨烯与蔗糖结合作为碳源包覆LiFe1-xZnxPO4，能够为晶体生长提供晶核生长点，同时抑制晶粒生长控制粒径，提高晶粒比表面积，从而对于复合正极材料导电性的提高起到意料不到的有益效果。优选地，上述LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料中，含碳量为11.6％。进一步优选地，该蔗糖/石墨烯复合碳源中蔗糖与石墨烯质量比例为2:5。在上述质量比例控制下，该复合正极材料能够发挥最佳的技术效果。对于提高LiFePO4正极材料的性能，有研究表明采用锂位或铁位掺杂来改进材料的性能，也是目前认为最有效的手段，然而，目前，还没有采用Zn掺杂的技术方案。本申请中，通过采用Zn的掺杂，增强了P-O键的强度，导致正极材料的电荷转移阻抗减少，使得Li+更易扩散，明显提高了正极材料的电子电导率和离子电导率，产生了意料不到的技术效果。一种优选实施方式为，LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料中，X的值为0.09，即，该正极材料为一种LiFe0.91Zn0.09PO4/C复合正极材料。在上述掺杂比例下，该复合正极材料能够发挥最佳的技术效果。本专利技术实施例的另一方面涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，制备前驱体溶液Ⅰ；步骤2，制备前驱体溶液Ⅱ；步骤3，制备前驱体溶液Ⅲ；步骤4，制备前驱体溶胶；步骤5，制备前驱体粉末；步骤6，煅烧。下面进一步例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。实施例1本实施例中，一种磷酸铁锂电池正极材料，该正极材料为一种LiFe0.91Zn0.09PO4/C复合正极材料，正极材料中颗粒粒径为40nm；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe0.91Zn0.09PO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe0.91Zn0.09PO4；上述有机/无机复合碳源为蔗糖/石墨烯复合碳源；上述LiFe0.91Zn0.09PO4/C复合正极材料中，含碳量为11.6％；该蔗糖/石墨烯复合碳源中蔗糖与石墨烯质量比例为2:5；如下为本专利技术所述复合正极材料的制备步骤：步骤1，制备前驱体溶液Ⅰ称取0.091mol的Fe(NO3)3·9H2O、0.1mol的(NH4)2HPO4及蔗糖和石墨烯的混合物，将上述物质溶于50ml去离子水中形成前驱体溶液Ⅰ；步骤2，制备前驱体溶液Ⅱ称取0.009mol的Zn(NO3)2·6H2O，将其加入到上述前驱体溶液Ⅰ中，搅拌，完全溶解后得到前驱体溶液Ⅱ；步骤3，制备前驱体溶液Ⅲ称取0.1mol的LiOH·H2O溶于25ml去离子水中形成前驱体溶液Ⅲ；步骤4，制备前驱体溶胶在剧烈搅拌下，将前驱体溶液Ⅲ加入到前驱体溶液Ⅱ中得到前驱体凝胶，然后向前驱体凝胶中滴加浓氨水调节pH值为6.3，得到前驱体溶胶；步骤5，制备前驱体粉末将上述前驱体溶胶采用小型离心式喷雾干燥器进行喷雾干燥得到前驱体粉末，喷雾干燥的速度是20ml/min，喷雾干燥器进口和出口的温度分别为270℃和95℃；步骤6，煅烧将上述喷雾干燥得到的前驱体粉末在N2保护下，在管式炉中460℃煅烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，该正极材料为一种LiFe1‑xZnxPO4/C复合正极材料；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe1‑xZnxPO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe1‑xZnxPO4。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，该正极材料为一种LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料；其中，Zn作为Fe的掺杂物质，C作为LiFe1-xZnxPO4的包覆物质；且，以有机/无机复合碳源包覆LiFe1-xZnxPO4。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述复合正极材料中颗粒粒径为40nm。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料中，含碳量为11.6％。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，LiFe1-xZnxPO4/C复合正极材料中，X的值为0.09，即，该正极材料为一种LiFe0.91Zn0.09PO4/C复合正极材料。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述有机/无机复合碳源为蔗糖/石墨烯复合碳源。6.一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，该正极材料为权1-5中任一所述的复合正极材料，所述复合正极材料的制备步骤：步骤1，制备前驱体溶液Ⅰ称取0.091mol的Fe(NO3)3·9H2O、0.1mol的(NH4)2HPO4及蔗糖和石墨烯的混合物，将上述物质溶于50ml去离子水中形成前驱体溶液Ⅰ；步骤2，制备前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕绍九，洪起虎，杨程，赵双赞，戴圣龙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11