碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法，锂离子电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种碳包覆磷酸铁锂的制备方法，包括步骤：将锂源、磷酸铁、碳源与水混合后，研磨造粒，得到第一粉料；获取铁基金属有机框架，将所述铁基金属有机框架与所述第一粉料混合后，研磨处理，得到第二粉料；在保护气体氛围下，对所述第二粉料进行煅烧处理，得到碳包覆的磷酸铁锂复合材料。本发明专利技术提供的制备方法，使磷酸铁锂经过了两次碳包覆，减小了颗粒间的电阻，提高了电导率，并且经碳包覆的磷酸铁锂煅烧过程中附着在金属有机骨架上形成三维导电网络，提高了磷酸铁锂的电性能，提高了复合材料的锂离子扩散性能和电导率。

【技术实现步骤摘要】
碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法，锂离子电池
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法，锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池主要包含正极、电解质和负极三个部分。其中，锂离子电池正极材料是决定电池电化学性能、安全性能、能量密度以及价格成本的的关键因素。目前，锂离子电池正极材料有很多，比如钴系正极材料、镍系正极材料、锰系正极材料、磷酸铁锂正极材料等。橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)是目前公认的应用前景十分广阔的锂离子电池正极材料之一，其理论可逆比容量较高(170mAh/g)，充放电电压适中(3.4V)，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的动力形和储能形锂离子电池正极材料，成为近年来锂离子电池电极材料研究的热点，被广泛应用于各种可移动电源领域，尤其是电动车所需的大型动力电源领域。但是，由于磷酸铁锂中锂离子扩散为一位通道，活化能低，且电子传导只能通过Fe-O-Fe进行，故磷酸铁锂存在较低的锂离子扩散系数和电导率，磷酸铁锂在倍率、容量发挥上受到限制，特别是在低温环境，磷酸铁锂的充放电性能大打折扣。这些自身结构的限制，磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。现有技术主要通过减少LiFePO4颗粒的尺寸、金属离子掺杂和高温掺碳等途径有效提高磷酸铁锂的电化学性能，其中，掺碳被认为是最有效且可以实现工业化应用的磷酸铁锂改性方法。但是，磷酸铁锂掺碳改性的方法仍存在，在匣钵内的还原过程存在温度差异，在低温下存在包覆不均等问题，这影响材料颗粒间的电子传导，进而对磷酸铁锂电池电性能产生影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，旨在解决碳包覆磷酸铁锂的制备存在碳包覆不均，还原过程存在温度差异，无法有效改善磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率等技术问题。本专利技术的另一目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种锂离子电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将锂源、磷酸铁、碳源与水混合后，研磨造粒，得到第一粉料；获取铁基金属有机框架，将所述铁基金属有机框架与所述第一粉料混合后，研磨处理，得到第二粉料；在保护气体氛围下，对所述第二粉料进行煅烧处理，得到碳包覆的磷酸铁锂复合材料。优选地，所述研磨造粒的步骤包括：将锂源、磷酸铁和碳源与水混合后，研磨处理，得到第一混合浆料；然后，对所述第一混合浆料进行造粒，得到第一粉料；和/或，所述煅烧处理的条件包括：在温度为700～800℃的保护气体氛围下，煅烧8～10小时。优选地，所述第二粉料中所述磷酸铁与所述铁基金属有机框架的摩尔比为1：(0.05～0.3)；和/或，所述锂源、所述磷酸铁和所述碳源的摩尔比为(1～1.1)：1：(0.1～0.4)。优选地，所述第一粉料的粒度为5～20μm；和/或，所述第一混合浆料的粒度为200～1000nm；和/或，所述第二粉料的粒度为0.5～5μm；和/或，所述锂源、所述磷酸铁和所述碳源的摩尔比为(1.02～1.05):1:(0.1～0.2)。优选地，所述铁基金属有机框架选自：MIL系列、MOF系列、CID系列中的至少一种；和/或，所述锂源选自：碳酸锂、草酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂中的至少一种；和/或，所述碳源选自：葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、多巴胺中的至少一种。优选地，所述MIL系列选自：MIL-53、MIL-100、MIL-101、MIL-88、MIL-68中的至少一种；和/或，所述MOF系列选自：MOF-74、MOF-235中的至少一种。优选地，所述碳包覆的磷酸铁锂复合材料的粒度为0.5～8微米；和/或，以所述碳包覆的磷酸铁锂复合材料的总质量为100％计，其中，碳含量为0.4～5％。相应地，一种碳包覆的磷酸铁锂复合材料，包括铁基金属三维框架和附着在所述铁基金属三维框架上的碳包覆的磷酸铁锂。优选地，所述碳包覆的磷酸铁锂复合材料的粒度为0.5～8微米；和/或，以所述碳包覆的磷酸铁锂复合材料的总质量为100％计，其中，碳的含量为0.4～5％；所述铁基金属三维框架的质量百分含量为1％～4.5％；和/或，所述铁基金属三维框架选自：MIL系列、MOF系列、CID系列中的至少一种。相应地，一种锂离子电池，所述锂离子电池中包含有如上述方法制得的碳包覆的磷酸铁锂复合材料，或者包含有上述的碳包覆的磷酸铁锂复合材料。本专利技术提供的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，首先将锂源、磷酸铁、碳源与水混合后研磨造粒，使锂源和磷酸铁充分混合均匀，并使碳源在混合物表面进行第一次包覆，形成第一粉料。然后将铁基金属有机框架与第一粉料混合后研磨处理，使铁基金属有机框架与第一粉料充分混合均，为磷酸铁锂的制备提供第二碳源和铁源。再在保护气体氛围下对第二粉料进行煅烧处理，生成磷酸铁锂的过程中，碳源和铁基金属有机框架中的有机配体分别为磷酸铁锂的包覆提供碳源，形成二次碳包覆的磷酸铁锂，并且在煅烧之后，铁基金属有机框架的三维网状结构仍能保持，经二次碳包覆的磷酸铁锂附着在金属有机框架的三维网络结构中。一方面，经二次碳包覆的磷酸铁锂，不但减小了颗粒间的电阻，缩短了电子与粒子的传输距离；而且碳层可抑制磷酸铁锂晶粒子不断长大，保证颗粒的完整性和适当尺寸；同时碳包覆过程中伴随着CO2和CO气体的产出，可以提高磷酸铁锂的比表面积。另一方面，碳包覆的磷酸铁锂颗粒之间相互交联，煅烧过程中附着在金属有机骨架上形成三维导电网络，提高了磷酸铁锂的电性能，提高了复合材料的锂离子扩散性能和电导率。本专利技术提供的碳包覆的磷酸铁锂复合材料，包括铁基金属三维框架和附着在所述铁基金属三维框架上的碳包覆的磷酸铁锂，一方面，磷酸铁锂经碳包覆，碳包覆层可极大的降低磷酸铁锂颗粒间的电阻率，从而提高磷酸铁锂的导电性和一致性。另一方面，铁基金属三维框架本身具有较大的比表面积，碳包覆的磷酸铁锂附着在铁基金属三维框架上，提高了复合材料的多孔隙结构，提高了复合材料的比较面积，从而提高了材料的浸润性，形成三维导电网络结构，提高了复合材料的电学性能，提高了复合材料的锂离子扩散系数和电导率。本专利技术提供的锂离子电池，由于包含有上述碳包覆的磷酸铁锂复合材料，该复合材料包括铁基金属三维框架和附着在所述铁基金属三维框架上的碳包覆的磷酸铁锂具有三维网络结构，比表面积大，磷酸铁锂颗粒间相互交联，具有较高的电导率，因而，提高了锂离子电池中锂离子的扩散系数和电导率，从而提高了锂离子电池的电化学性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的碳包覆的磷酸铁锂复合材料的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的碳包覆的磷酸铁锂复合材料的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例1～5提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将锂源、磷酸铁、碳源与水混合后，研磨造粒，得到第一粉料；/n获取铁基金属有机框架，将所述铁基金属有机框架与所述第一粉料混合后，研磨处理，得到第二粉料；/n在保护气体氛围下，对所述第二粉料进行煅烧处理，得到碳包覆的磷酸铁锂复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将锂源、磷酸铁、碳源与水混合后，研磨造粒，得到第一粉料；
获取铁基金属有机框架，将所述铁基金属有机框架与所述第一粉料混合后，研磨处理，得到第二粉料；
在保护气体氛围下，对所述第二粉料进行煅烧处理，得到碳包覆的磷酸铁锂复合材料。


2.如权利要求1所述的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述研磨造粒的步骤包括：将锂源、磷酸铁和碳源与水混合后，研磨处理，得到第一混合浆料；然后，对所述第一混合浆料进行造粒，得到第一粉料；和/或，
所述煅烧处理的条件包括：在温度为700～800℃的保护气体氛围下，煅烧8～10小时。


3.如权利要求2所述的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二粉料中所述磷酸铁与所述铁基金属有机框架的摩尔比为1：(0.05～0.3)；和/或，
所述锂源、所述磷酸铁和所述碳源的摩尔比为(1～1.1)：1：(0.1～0.4)。


4.如权利要求3所述的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一粉料的粒度为5～20微米；和/或，
所述第一混合浆料的粒度为200～1000纳米；和/或，
所述第二粉料的粒度为0.5～5微米；和/或，
所述锂源、所述磷酸铁和所述碳源的摩尔比为(1.02～1.05):1:(0.1～0.2)。


5.如权利要求1、2或4任一所述的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁基金属有机框架选自：MIL系列、MOF系列、CID系列中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱申宝，赵悠曼，
申请(专利权)人：东莞市创明电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44