磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将含有硫杂质的磷酸铁源、锂源、碳源和溶剂混合后研磨，以便形成混合浆料；(2)对所述混合浆料进行喷雾干燥，以便得到混合粉末；(3)对所述混合粉末进行烧结，以便得到具有锂硫盐类化合物包覆层的磷酸铁锂复合材料。本发明专利技术不仅省去了精致工序，降低了工艺复杂性，而且节省了硫资源，降低了成本，并且该方法得到的磷酸铁锂复合材料可以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性。免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性。免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属锂离子电池
，具体涉及一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种绿色高能电池，近些年来发展十分迅速，广泛应用于各种便携式电子产品和通讯工具，在电动汽车中也具有良好的应用前景。其中磷酸铁锂作为锂电池正极材料之一，以其高循环寿命、高安全性能和可靠性得到了极好的应用。但是这款材料也存在不足，相对比三元材料来说，磷酸铁锂能量密度偏低，而利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg，是磷酸铁锂电池额能量密度的十倍以上，得到的更多的关注和研究，具有更广的应用前景。但是硫电极的电导率极低，硫溶解等问题，严重影响其性能特别是容量的发挥，目前主要通过碳包覆结等方法进行改善，但问题都没有得到解决。
[0003]目前已经有许多研究者和厂家在磷酸铁锂里添加一定的硫化物用于改善其电化学性能，其制备方法有水热法及超临界法等，但是水热法和超临界法等工艺较为复杂，且成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用，本专利技术不仅省去了精致除硫工序，降低了工艺复杂性，而且节省了硫资源，降低了成本，并且将得到的磷酸铁锂复合材料用于锂电池中可以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备磷酸铁锂复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0006](1)将含有硫杂质的磷酸铁源、锂源、碳源和溶剂混合后研磨，以便形成混合浆料；
[0007](2)对所述混合浆料进行喷雾干燥，以便得到混合粉末；
[0008](3)惰性气氛下，对所述混合粉末进行烧结，以便得到具有锂硫盐类化合物包覆层的磷酸铁锂复合材料。
[0009]根据本专利技术实施例的制备磷酸铁锂复合材料的方法，采用含有硫杂质的磷酸铁源作为原料，加入锂源、碳源和溶剂，进行搅拌、研磨、喷雾和烧结，制备得到具有锂硫盐类化合物包覆层磷酸铁锂，即将磷酸锂粗品中的硫杂质作为原料与部分锂源反应生成锂硫盐包覆层，锂硫盐类化合物本身为正极
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电解质界面相(简称CEI)成分，在双电层区域提供较高的电导，使正极材料新鲜表面免受电解液侵蚀的同时保持较好导电性。由此，相较于现有技术中需要对磷酸铁源进行精致去除其中的硫杂质，然后将除杂后的磷酸铁与锂源反应得到磷酸铁锂，最后在磷酸铁锂的表面制备包覆层，本申请的方法不仅省去了精致除硫工序，降低了工艺复杂性，而且节省了硫资源，降低了成本，并且该方法得到的磷酸铁锂复合材料可
以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性。同时，该方法还有效提升了磷酸铁锂复合材料的克容量以及首次效率。另外，相对于水热法及超临界法，本专利技术采用碳热还原法制备的磷酸铁锂复合材料的粒径更小，从而提高了磷酸铁锂复合材料作为正极活性材料的能量密度，同时还提高了形成的锂硫盐类化合物的纯度。且，本专利技术实施例采用喷雾对混合浆料进行干燥具有如下优点：1)喷雾干燥所需时间很短，从而缩短了磷酸铁锂复合材料的制备总时长，提高了制备效率；2)根据喷雾干燥操作上的灵活性，可以满足喷雾干燥得到的混合粉末对粒度分布的要求，从而制备得到较小粒径的磷酸铁锂复合材料。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的制备磷酸铁锂复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0011]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述磷酸铁源、所述锂源和所述碳源的质量比为(2.8～4):(0.5～1):(0.1～0.7)；所述磷酸铁源中的硫含量为1000～2000ppm。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，在所述磷酸铁源中的硫含量低于1000ppm时，在混合步骤中进一步添加含硫添加剂，所述含硫添加剂选自硫氢化物、金属硫化物、硫酸锂和硫单质中的至少一种。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述含硫添加剂与所述磷酸铁源的质量比为(0.001～1):(2.8～4)。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，在混合步骤中进一步添加其他添加剂，所述其他添加剂选自锂化合物、镍化合物和钛化合物中的至少一种。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述其他添加剂与所述磷酸铁源的质量比为(0.001～1):(2.8～4)。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，研磨后的所述混合浆料的粒径不大于1微米。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，在所述研磨之前，预先将混合物料的温度升至70～90摄氏度。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述锂源选自氯化锂、溴化锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、硫酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硝酸锂、草酸锂、甲酸锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂和柠檬酸锂中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、果糖、麦芽糖、环糊精、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙三醇、碳纳米管、科琴黑、石墨烯薄片、乙炔黑和气相生长碳纤维中的至少一种。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述烧结的温度为650～850摄氏度，所述烧结的时间为5～10h。
[0021]在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种磷酸铁锂复合材料。根据本专利技术的实施例，所述磷酸铁锂复合材料是采用以上实施例所述的方法制备得到的。由此，该磷酸铁锂复合材料可以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性，且该磷酸铁锂复合材料具有较高的克容量以及首次效率。
[0022]另外，根据本专利技术上述实施例的磷酸铁锂复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述磷酸铁锂复合材料的粒径为0.3μm～30μm。
[0024]在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种正极活性物质。根据本专利技术的实施例，所述正极活性物质包括磷酸铁锂复合材料，所述磷酸铁锂复合材料包含具有锂硫盐类化合物包覆层的磷酸铁锂。由此，该正极活性物质可以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性，且该正极活性物质具有较高的克容量以及首次效率。
[0025]在本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种极片。根据本专利技术的实施例，所述极片包括集流体和活性物质层，所述活性物质层涂覆于所述集流体上，所述活性物质层包括磷酸铁锂复合材料，所述磷酸铁锂复合材料包含具有锂硫盐类化合物包覆层的磷酸铁锂。由此，该极片可以在免受电解液侵蚀的同时保持较好的导电性，且该极片具有较高的能量密度以及首次效率。
[0026]在本专利技术的第五个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池包括以上实施例所述的极片，由此，进一步提高了锂离子电池的电化学性能，进一步满足了消费者的需求。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备磷酸铁锂复合材料的方法，其特征在于，包括：(1)将含有硫杂质的磷酸铁源、锂源、碳源和溶剂混合后研磨，以便形成混合浆料；(2)对所述混合浆料进行喷雾干燥，以便得到混合粉末；(3)惰性气氛下，对所述混合粉末进行烧结，以便得到具有锂硫盐类化合物包覆层的磷酸铁锂复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述磷酸铁源、所述锂源和所述碳源的质量比为(2.8～4):(0.5～1):(0.1～0.7)；所述磷酸铁源中的硫含量为1000～2000ppm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在所述磷酸铁源中的硫含量低于1000ppm时，在混合步骤中进一步添加含硫添加剂，所述含硫添加剂选自硫氢化物、金属硫化物、硫酸锂和硫单质中的至少一种；任选地，所述含硫添加剂与所述磷酸铁源的质量比为(0.001～1):(2.8～4)。4.根据权利要求1
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3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在混合步骤中进一步添加其他添加剂，所述其他添加剂选自锂化合物、镍化合物和钛化合物中的至少一种；任选地，所述其他添加剂与所述磷酸铁源的质量比为(0.001～1):(2.8～4)；任选地，在步骤(1)中，研磨后的所述混合浆料的粒径不大于1微米；任选地，在步骤(1)中，在所述研磨之前，预先将混合物料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范云龙，
申请(专利权)人：厦门海辰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：