一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法技术

本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。本申请提供的磷酸亚铁锂正极复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔(2nm‑50nm)通道结构；微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D10大于1μm，D50在5μm‑40μm之间，D90小于50μm；复合材料的振实密度在1.0g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法
本申请属于锂离子电池正极材料及其制备
，具体地说，涉及一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着新能源汽车的大力推广，锂离子电池产业已经进入飞速发展阶段，磷酸亚铁锂(LiFePO4)作为一种应用潜力巨大的锂离子电池正极材料，具有价格低廉、原料来源丰富、结构稳定、比容量高、循环性能良好、使用安全性高以及对环境友好等优点，正广泛应用于各种动力电源领域。但是，由于LiFePO4材料存在电子电导率低和锂离子扩散系数低的问题，使其在锂离子电池正极材料中的应用范围受到了严重制约。为改善LiFePO4材料的电子电导率和锂离子扩散系数，现有技术中主要通过金属离子掺杂、碳包覆等以提高其电子电导率，以及通过减小颗粒尺寸(纳米化)提高其表面积来增大反应界面和提供更多扩散通道。但是，上述方案使得LiFePO4材料的有效振实密度大大减小，降低了LiFePO4材料的体积比能量。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本申请提供一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料，包括：所述复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，所述微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；所述微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔(2nm-50nm)通道结构；所述微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D10大于1μm，D50在5μm-40μm之间，D90小于50μm；所述复合材料的振实密度在1.0g/cm3-1.5g/cm3之间。本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，包括：步骤一、前驱体混合物的制备：将锂源、铁源、磷源、有机碳源分散于高分子溶液中，得到前驱体混合物；步骤二、前驱体混合物的搅拌和研磨：将前驱体混合物进行搅拌和研磨至粒径D50小于2μm，得到前驱体混合物浆料；步骤三、前驱体混合物浆料的喷雾干燥：将前驱体混合物浆料在第一保护气体和150℃-400℃的温度环境中进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；所述第一保护气体为空气、氮气、氩气中的一种或者组合；步骤四、前驱体粉末的热处理：将前驱体粉末在第二保护气体和500℃-900℃的温度环境中进行热处理，保温2-15小时，得到磷酸亚铁锂复合正极材料；所述第二保护气体为氮气、氩气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气中的至少一种。如上所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其中，步骤一步中所述锂源包括碳酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、乙酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种。如上所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其中，步骤一步中所述铁源包括草酸亚铁、草酸铁、磷酸亚铁、磷酸铁、焦磷酸亚铁、氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、三氧化二铁、四氧化三铁和柠檬酸铁中的至少一种。如上所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其中，步骤一步中所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铁、磷酸二氢锂中的至少一种，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、抗坏血酸中的至少一种。如上所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其中，步骤一步中所述高分子溶液为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚合烯酸、甲基聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸、二烯丙基季铵盐聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、羧甲基菊粉、淀粉及其衍生物、纤维素醚、甲壳质、黄原胶、植物胶中的一种或一种以上的水溶液，或者为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂的甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇的溶液，或者为聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液。如上所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其中，步骤一步中所述高分子溶液的质量浓度为0.001％-10％；步骤一步所述锂源、铁源、磷源、有机碳源中，锂、铁、磷、碳的摩尔比为：Li:Fe:P:C＝(0.8-1.2):(0.8-1.2):(0.8-1.2):(0.2-8)。本申请提供的磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法，通过将原料锂源、铁源、磷源和碳源原料按照一定的种类和比例分散于一定量的高分子溶液中得到混合物，并将该混合物进行充分的搅拌和研磨至粒径D50＝2μm以下的浆料，将该浆料在保护性环境和一定温度条件下进行喷雾干燥，得到前驱体粉末，将该前驱体粉末在保护性环境下热处理，热处理温度为500-900℃，保温2-15小时，得到磷酸亚铁锂复合正极材料。该磷酸亚铁锂复合正极材料兼备较高的体积能量密度和较高的倍率性能，适用于锂离子动力电池正极材料。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料在扫描电子显微镜下的形貌图；图2是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料单个球形颗粒的在扫描电子显微镜下的形貌图；图3是图2中单个球形颗粒的在扫描电子显微镜下的形貌放大图；图4是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料球形颗粒表面在原子力显微镜下的形貌图；图5是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料的氮吸附曲线和孔隙分布曲线图；图6是本申请的磷酸亚铁锂正极复合材料制备方法的流程图。具体实施方式以下将配合附图和实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本申请要解决的技术问题在于克服现有磷酸亚铁锂正极材料倍率性能与振实密度之间的矛盾问题，提供一种高倍率性能和高振实密度磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。通过控制不同锂盐、铁盐、磷酸盐和碳前驱体的种类和比例，构造出不同粒径的球形前驱体颗粒，然后控制烧蚀量来达到控制球形颗粒内部的孔隙率，使最终产品达到具有比较高的倍率性能、高体积能量密度的要求。图1是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料在扫描电子显微镜下的形貌图。参考图1所示，本申请提供的磷酸亚铁锂正极复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔通道结构；微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D10大于1μm，D50在5μm-40μm之间，D90小于50μm；所述复合材料的振实密度在1.0g/cm3-1.5g/cm3之间。图2是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料单个球形颗粒的在扫描电子显微镜下的形貌图。从图2可以看出球形颗粒表面丰富的孔隙。图3是图2中单个球形颗粒的在扫描电子显微镜下的形貌放大图。从图3可以清晰看出球形颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔通道结构。图4是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料球形颗粒表面在原子力显微镜下的形貌图。图4可以进一步清晰表明球形颗粒为由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔通道结构。图5是本申请实施例的磷酸亚铁锂正极复合材料的氮吸附曲线和孔隙分布曲线图。图5表明球形颗粒内部具有丰富的介孔结构。图6是本申请的磷酸亚铁锂正极复合材料制备方法的流程图。参考图6所示，本申请的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法包括以下内容。步骤一、前驱体混合物的制备：将锂源、铁源、磷源、有机碳源分散于高分子溶液中，得到前驱体混合物。步骤二、前驱体混合物的搅拌和研磨：将前驱体混合物进行搅拌和研磨至粒径D50小于2μm，得到前驱体混合物浆料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸亚铁锂正极复合材料，其特征在于，包括：所述复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，所述微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；所述微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔通道结构；所述微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D10大于1μm，D50在5μm‑40μm之间，D90小于50μm；所述复合材料的振实密度在1.0g/cm3‑1.5g/cm3之间。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸亚铁锂正极复合材料，其特征在于，包括：所述复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，所述微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；所述微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔通道结构；所述微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D10大于1μm，D50在5μm-40μm之间，D90小于50μm；所述复合材料的振实密度在1.0g/cm3-1.5g/cm3之间。2.如权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤一、前驱体混合物的制备：将锂源、铁源、磷源、有机碳源分散于高分子溶液中，得到前驱体混合物；步骤二、前驱体混合物的搅拌和研磨：将前驱体混合物进行搅拌和研磨至粒径D50小于2μm，得到前驱体混合物浆料；步骤三、前驱体混合物浆料的喷雾干燥：将前驱体混合物浆料在第一保护气体和150℃-400℃的温度环境中进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；所述第一保护气体为空气、氮气、氩气中的一种或者组合；步骤四、前驱体粉末的热处理：将前驱体粉末在第二保护气体和500℃-900℃的温度环境中进行热处理，保温2-15小时，得到磷酸亚铁锂复合正极材料；所述第二保护气体为氮气、氩气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气中的一种或以上气体的任意组合。3.如权利要求2所述的磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一步中所述锂源包括碳酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、乙酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞安，张正富，郭玉忠，刘金坤，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53