一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池，包括采用磷酸铁作为铁源和磷源来制备均匀碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料。用磷酸铁前驱体混合锂源，结合小分子碳源和高分子碳源混合均匀，高温煅烧得到原位均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。该方法工艺简单，省去了多步包覆的步骤，制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁的磷铁比合适，并且颗粒成类球形状，制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂用于锂离子电池，具有优异的倍率性能和低温性能。该方法反应条件温和，操作简单，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料的制备方法及高倍率锂离子电池。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，锂离子电池由于其优越的性能，特别是高的能量密度和较长的使用寿命，已经广泛应用于3C便携式设备、电动汽车动力系统和储能系统。尖晶石型磷酸铁锂正极材料具有较高的理论容量(170mAh/g)，平坦的放电电压(3.4V)，以及优良的热稳定性和化学稳定性，常作为低成本电池正极材料应用于锂离子电池，但是其较低的离子电导和电子电导限制了其倍率性能和低温性能的表现。与具有较高放电电压的锂镍钴锰三元正极材料相比，磷酸铁锂电池材料具有更低的成本和更好的安全性能，广泛用于能量储存、功率调控和公共交通领域。为了解决磷酸铁锂的问题，对磷酸铁锂改性进行了相关的研究，包括碳包覆、混合导电剂、减小尺寸粒径等方面，这可以提高磷酸铁锂的导电性和离子传输性能。本专利技术为采用小分子碳源结合高分子碳源原位均匀碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料，为磷酸铁锂正极材料的发展拓宽了思路。

技术实现思路

[0003]为了为了克服上述现有锂离子电池磷酸铁锂正极材料存在的缺陷，本专利技术提供了一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及应用，通过该方法制备的锂离子电池磷酸铁锂材料具有均匀的碳包覆层和均一的尺寸粒径分布，用于锂离子电池测试具有容量高、倍率性能好、低温性能好的优点。
[0004]本专利技术提出一步小分子碳源结合高分子碳源制备均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料；
[0005]本专利技术提出制备均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料的制备方法；
[0006]本专利技术提出利用上述均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料在锂离子电池的应用具有优异的倍率性能和低温性能。为解决上述磷酸铁锂存在的问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及应用，其特征在于，由小分子碳源结合高分子碳源混合磷酸铁前驱体和锂源，高温烧结原位包覆制备均匀碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料。
[0008]本专利技术提出一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池，具体方法为：
[0009]步骤1，将磷酸铁前驱体与锂源、小分子结构碳源和高分子碳源在溶剂中混合均匀，蒸干溶剂，得到固体前驱体混合材料；
[0010]步骤2，将步骤1中固体前驱体混合材料在保护气氛中进行分步高温煅烧，得到均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或硝酸
锂中的至少一种。
[0012]本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，所述小分子结构碳源为葡萄糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、蔗糖、麦芽糖中的任意一种，所述高分子碳源为聚乙二醇、淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇中的任意一种。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，所述溶剂为乙醇、丙醇、丙酮、水、甲醇、四氢呋喃或者多元醇中的至少一种。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，步骤2中，所述保护气氛为氩气、氮气、氮氢混合气或者氩氢混合气中的至少一种。
[0015]本专利技术提出一种高倍率锂离子电池，包括正极和负极，其特征在于，所述正极为采用上述任一项所述改进的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到的磷酸铁锂正极材料。
[0016]本专利技术提出一种高倍率锂离子电池，其特征在于，所述高倍率锂离子电池的负极是金属锂、石墨、嵌锂石墨或者硅碳负极中的一种。
[0017]相对于现有技术，本专利技术存在以下有益效果：
[0018]1.本专利技术提供的一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池，材料包括均匀碳包覆纳米磷酸铁锂，其特征在于，利用小分子结构碳源结合高分子结构碳源结合在高温煅烧下包覆磷酸铁锂可以得到粒径尺寸分布均匀的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。
[0019]2.本专利技术提供的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料制备方法，将制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料用于锂离子电池研究，具有优异的倍率性能。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的X射线衍射(XRD)图；
[0021]图2为实施例1制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的扫描电镜(SEM)图；
[0022]图3为实施例1制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂和对比例1磷酸铁锂在室温下倍率性能对比图；
[0023]图4为实施例1制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂和对比例1磷酸铁锂在0.2mV s
‑1下循环伏安对比图；
[0024]图5为实施例1制备的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂和对比例1磷酸铁锂阻抗对比图；
[0025]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步详细说明。
具体实施方式
[0026]本专利技术的原理为：
[0027]利用小分子结构碳源结合高分子碳源结合在高温煅烧下原位包覆磷酸铁锂，高分子长链状碳源可以连接前驱体颗粒，防止颗粒团聚，小分子碳源分散在前驱体材料和长链状碳源的复合网络上，可以得到粒径尺寸分布均匀的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。
[0028]本专利技术提出一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法，具体方法为：
[0029]步骤1，将磷酸铁前驱体与锂源、小分子结构碳源和高分子碳源在溶剂中混合均匀，蒸干溶剂，得到固体前驱体混合材料；
[0030]步骤2，将步骤1中固体前驱体混合材料在保护气氛中进行分步高温煅烧，得到均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。
[0031]步骤1中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或硝酸锂中的至少一种。
[0032]步骤1中，所述小分子结构碳源为葡萄糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、蔗糖、麦芽糖中的任意一种，所述高分子碳源为聚乙二醇、淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇中的任意一种。
[0033]步骤1中，所述溶剂为乙醇、丙醇、丙酮、水、甲醇、四氢呋喃或者多元醇中的至少一种。
[0034]步骤2中，所述保护气氛为氩气、氮气、氮氢混合气或者氩氢混合气中的至少一种。
[0035]本专利技术提出一种高倍率锂离子电池，包括正极和负极，所述正极为采用上述任一项所述改进的均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到的磷酸铁锂正极材料。
[0036]本专利技术提出一种高倍率锂离子电池，所述高倍率锂离子电池的负极是金属锂、石墨、嵌锂石墨或者硅碳负极中的一种。
[0037]下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0038]实施例1
[0039]本专利技术提供的一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及应用，该实施例的碳源包括小分子结构碳源和高分子碳源均匀包覆锂离子电池材料磷酸铁锂，制备方法包括如下步骤：
[0040]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法及高倍率锂离子电池，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将磷酸铁前驱体与锂源、小分子结构碳源和高分子碳源在溶剂中混合均匀，除去溶剂，得到固体前驱体混合材料；步骤2，将步骤1中固体前驱体混合材料在保护气氛中进行分步高温煅烧，得到均匀碳包覆纳米磷酸铁锂材料。2.根据权利要求1所述的一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或硝酸锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种均匀碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述小分子结构碳源为葡萄糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、蔗糖、麦芽糖中的任意一种，所述高分子碳源为聚乙二醇、淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丹，李晓鹏，孟岩，王玉珏，张照琨，刘林，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：