一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及用途技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及用途，所述磷酸铁锂复合材料包括内核和包覆于所述内核表面的外壳，所述内核为Li6MnO4，所述外壳为碳包覆的磷酸铁锂。本发明专利技术提供的磷酸铁锂复合材料以Li6MnO4为正极补锂材料，解决了磷酸铁锂正极材料高倍率充放电下活性锂损失、容量衰竭严重的问题，从而提高磷酸铁锂材料的倍率性能，以及高倍率下电池的循环寿命。环寿命。环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及用途


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及用途。

技术介绍

[0002]随着技术的革新和发展，市场对锂离子电池性能的要求不断提高，高倍率锂离子电池逐渐进人人们的视野。如车模、航模、船模等用电设备，在工作过程中需要持续提供大电流以满足高功率要求，因此逐渐选择以高倍率锂离子电池作为动力源；在国防、军工等领域，如电磁干扰、电磁轨道发射器、磁控管等设备上。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。
[0003]其中，磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的理论容量为170mAh/g，可逆充放电比容量较高，具有能量密度高、电压平台稳定、寿命长、成本低、安全性能好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，在动力汽车和储能等行业应用广泛。
[0004]电池等优点磷酸铁锂晶体结构属于橄榄石型结构，其晶体中的原子以六方密排式的方式排列，但是又有轻微的扭曲，为正交晶系，空间群是Pnma。由于LiFePO4材料结构的原因导致电子导电率低，锂离子扩散系数小，从而使其倍率性能较差，极大地限制了其在高倍率电池应用领域的发展。目前，国内外对磷酸铁锂进行了大量的改性研究来提高磷酸铁锂的导电性能，主要包括制备纳米级LiFePO4、制备多孔LiFePO4、金属离子掺杂等方式，但是，上述方法制备出的磷酸铁锂在电子电导率和离子电导率还有很大的提升空间。
[0005]CN107240696A公开了一种碳包覆磷酸铁锂的制备方法及碳包覆磷酸铁锂和锂离子电池，该制备方法是先将部分碳源与磷酸铁混合，研磨、干燥后，进行预烧结，再将预烧结料、锂源与部分碳源混合，研磨、干燥后，再次烧结得到碳包覆磷酸铁锂，通过两次碳源包覆和两次烧结过程，制备得到的碳包覆磷酸铁锂的表面实现碳层的双层包覆。
[0006]CN101580238A公开了一种复合磷酸铁锂材料的制造方法，将磷酸铁锂材料与纯净水按重量比例1∶5～15配制成悬浊液，用5～30％浓度的磷酸将悬浊液的pH值缓慢调节到1～3，加入分析纯的可溶氯化盐，加入量为磷酸铁锂材料摩尔数的0.05～2％；然后在溶液中加入氨水，将溶液的pH值调节到5～6，生成氢氧化物胶体；将液体经喷雾干燥制成粉体，在惰性气氛下300～450℃煅烧3～6h；由氢氧化物胶体热分解得到的高电导率氧化物包覆在磷酸铁锂材料晶粒表面；煅烧的物料经球磨、过筛成为成品。
[0007]CN109301216A公开了一种碳硼复合球包覆的磷酸铁锂电极的制备方法，该方法包括：一、将碳硼复合球与有机碳包覆的磷酸铁锂前驱粉末混合后进行焙烧得碳硼复合球包覆的磷酸铁锂正极材料；二、向碳硼复合球包覆的磷酸铁锂正极材料中加入粘结剂得碳硼复合球包覆的磷酸铁锂正极浆料；三、将碳硼复合球包覆的磷酸铁锂正极浆料涂布于铝箔基底上，然后依次经烘干、压制得到碳硼复合球包覆的磷酸铁锂电极。
[0008]磷酸铁锂电池是目前安全性最高的电池，磷酸铁锂材料特有的橄榄石晶体结构中的磷酸基对整个材料的框架具有稳定的作用，使得材料本身具有良好的热稳定性和循环性能。但目前存在的缺点是磷酸铁锂材料导电性差和锂离子扩散速率较慢。这导致磷酸铁锂电池在高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂电池产业发展的一大难点。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及用途，本专利技术提供的磷酸铁锂复合材料以Li6MnO4为正极补锂材料，解决了磷酸铁锂正极材料高倍率充放电下活性锂损失、容量衰竭严重的问题，从而提高磷酸铁锂材料的倍率性能，以及高倍率下电池的循环寿命。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种磷酸铁锂复合材料，所述磷酸铁锂复合材料包括内核和包覆于所述内核表面的外壳，所述内核为Li6MnO4，所述外壳为碳包覆的磷酸铁锂。
[0012]本专利技术提供的磷酸铁锂复合材料以Li6MnO4为正极补锂材料，解决了磷酸铁锂正极材料高倍率充放电下活性锂损失、容量衰竭严重的问题，从而提高磷酸铁锂材料的倍率性能，以及高倍率下电池的循环寿命。同时，以碳包覆磷酸铁锂层作为外壳，可在磷酸铁锂表面形成完整的导电网络，显著提高碳包覆磷酸铁锂的电导率；同时，碳包覆的磷酸铁锂为类球形，有利于提高碳包覆的磷酸铁锂的振实密度。
[0013]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述内核和外壳的质量比为(0.005～0.05):1，例如可以是0.005:1、0.01:1、0.015:1、0.02:1、0.025:1、0.03:1、0.035:1、0.04:1、0.045:1或0.05:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0015]采用溶胶凝胶法制备碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶，Li6MnO4前驱体和碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶混合搅拌直至溶剂完全挥发后得到湿料，将湿料煅烧后得到所述磷酸铁锂复合材料。
[0016]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述Li6MnO4前驱体的制备过程包括：
[0017]根据Li6MnO4中的化学计量比分别称取锰源和第一锂源，锰源和第一锂源混合后依次经球磨和预烧后得到Li6MnO4前驱体。
[0018]优选地，所述第一锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述锰源包括氢氧化锰、乙酸锰或一氧化锰中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述球磨的转速为1000～3500r/min，例如可以是1000r/min、1200r/min、1400r/min、1600r/min、1800r/min、2000r/min、2200r/min、2400r/min、2600r/min、2800r/min、3000r/min、3200r/min、3400r/min或3500r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述球磨的时间为0.5～2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、
1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述预烧温度为300～400℃，例如可以是300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述磷酸铁锂复合材料包括内核和包覆于所述内核表面的外壳，所述内核为Li6MnO4，所述外壳为碳包覆的磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述内核和外壳的质量比为(0.005～0.05):1。3.一种权利要求1或2所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：采用溶胶凝胶法制备碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶，Li6MnO4前驱体和碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶混合搅拌直至溶剂完全挥发后得到湿料，将湿料煅烧后得到所述磷酸铁锂复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Li6MnO4前驱体的制备过程包括：根据Li6MnO4中的化学计量比分别称取锰源和第一锂源，锰源和第一锂源混合后依次经球磨和预烧后得到Li6MnO4前驱体；优选地，所述第一锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锰源包括氢氧化锰、乙酸锰或一氧化锰中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为1000～3500r/min；优选地，所述球磨的时间为0.5～2h；优选地，所述预烧温度为300～400℃；优选地，所述预烧时间为1～3h；优选地，所述预烧在氮气气氛或氩气气氛下进行。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶的制备过程包括：铁源与溶剂混合后搅拌分散得到分散液，在搅拌条件下，加入碳源、螯合剂、磷源和第二锂源，保温一段时间后得到所述碳包覆的磷酸铁锂前驱体溶胶。7.根据权利要求3
‑
6任一项所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：万宁，杨红新，刘静，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：