一种双包覆正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双包覆正极材料及其制备方法，所述正极材料包括磷酸铁锂基体，所述基体表面由内向外依次包覆有碳包覆层和硫化聚丙烯腈层。其制备步骤如下：将可溶性亚铁盐溶液加热搅拌，加入磷源，继续升温搅拌，加入锂源、添加剂、碳源和水，经过球磨、砂磨喷雾后得到第一混合物料；第一混合物料置于惰性气体氛围下煅烧后进行粉碎，得到第一物料；将第一物料、硫粉、聚丙烯腈分散于溶剂中，经过球磨搅拌、喷雾后得到第二混合物料；将第二混合物料煅烧，得到双包覆磷酸铁锂复合材料。本发明专利技术提供的双包覆正极材料制备工艺成本低，材料具有快充性能和结构稳定性。快充性能和结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种双包覆正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池材料
，具体涉及一种双包覆正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂电池因具有价格低廉、循环寿命长等特点，而成为了新能源领域的研究热点。近年来，因刀片电池、CTC、CTP等电池技术发展，磷酸铁锂的电池也迎来了飞速发展。
[0003]电动汽车在发展的过程，里程焦虑一直是其难以回避的问题，目前磷酸铁锂电池续航可以达到500km以上，基本上满足了日常出行。但是电动车充电时间过长，严重影响电动车在长途出行的频率及办事效率。然而作为电池的核心材料，磷酸铁锂电子导电率及离子导电率极低，无法满足快充需求。
[0004]针对此问题，采用导电和导离子的聚合物对磷酸铁锂进行修饰或包覆的方法来提高材料的离子电导率，使材料满足快充需求。如CN114335481A公开导电和导离子双层原位包覆的磷酸铁锂、制备方法和应用，采用水热法合成法在磷酸铁锂表面包覆快离子导体和碳包覆层，然而水热合成法成本较高，且材料之间压实不充分，会对电芯的能量密度有较大的影响，且该方法是将碳包覆层作为最外层，在生产和使用过程中均有可能会破碎，无法保证材料结构完整。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种双包覆正极材料及其制备方法，采用沉淀法在磷酸铁锂表面包覆碳源，形成碳包覆层，再在碳包覆层表面进行硫化聚丙烯腈包覆，形成双包覆的磷酸铁锂正极材料。硫化聚丙烯腈不仅具有导电、导离子的功能，且具有储锂的功能，提高倍率。硫化聚丙烯腈包覆在材料的最外层，具有柔性，可保护材料整体结构。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的方案如下：一种双包覆正极材料，包括磷酸铁锂基体，所述基体表面由内向外依次包覆有碳包覆层和硫化聚丙烯腈层。
[0007]优选的，所述硫化聚丙烯腈层中，硫元素与聚丙烯腈质量之比为1
‑
4:1，进一步优选为2
‑
3:1；硫含量影响材料的导电性和容量，若硫含量偏高则导致材料导电性下降，偏低则导致材料的容量会下降；以正极材料整体为基准，所述碳包覆层的含量为0.5
‑
2wt％；所述硫化聚丙烯腈的含量为0.1
‑
2wt％，进一步优选为0.5
‑
1.5wt％；聚丙烯腈影响材料的倍率性能(快充性能)与比容量，若聚丙烯腈含量偏高则导致材料比容量偏低，若偏低则导致材料倍率性能较差。
[0008]如上所述一种双包覆正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将可溶性亚铁盐溶于水中，加热至60℃搅拌，得到第一溶液；向第一溶液中，加入磷源，保持pH为1
‑
4，加热至80
‑
95℃搅拌2
‑
8h，过滤洗涤得到第一前驱物；向第一前驱物中，加入锂源、添加剂、碳源和水，经过球磨、砂磨、喷雾后得到第一混合物料；
[0010]S2、将第一混合物料置于惰性气体氛围下煅烧，再经过气流粉碎得到第一物料；所述惰性气体氛围可为氮气氛围；
[0011]S3、将第一物料、硫粉、聚丙烯腈分散于溶剂中，经过球磨搅拌、喷雾后得到第二混合物料；所述溶剂可为N
‑
甲基吡咯烷酮；
[0012]S4、将第二混合物料置于惰性气体氛围下煅烧，得到双包覆正极材料；所述惰性气体氛围可为氮气氛围，在煅烧的情况下聚丙烯腈环化，在环化的过程中引入硫，提高容量。
[0013]优选的，所述S1中，第一混合物料中锂元素、铁元素、磷元素之间的摩尔比为1
‑
1.1：0.9
‑
1：1；添加剂的加入量为第一混合物料质量百分比含量的1000
‑
3000ppm。添加剂为钛、镁、铝、锆、等稀土元素的可溶性硫酸盐、硝酸盐。
[0014]优选的，所述S1中，第一混合物料的粒径为100
‑
500nm，
[0015]优选的，所述S1中，可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的任意一种或任意几种的组合；
[0016]磷源为磷酸、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐中的任意一种或任意几种的组合；
[0017]锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的任意一种或任意几种的组合；
[0018]碳源为有机碳和无机碳，葡萄糖、白砂糖、蔗糖、聚乙二醇、石墨、石墨烯中的任意一种或任意几种的组合。
[0019]优选的，所述S2中，煅烧温度为650
‑
750℃，煅烧时间为4
‑
8h。
[0020]优选的，所述S2中，第一物料的粒径为500
‑
2500nm。
[0021]优选的，所述S2中，第一物料中锂元素、铁元素、磷元素之间的摩尔比为1
‑
1.1：0.9
‑
1：1。
[0022]优选的，所述S3中，第二混合物料的固含量为30
‑
60wt％。
[0023]优选的，所述S4中，煅烧温度为200
‑
500℃，煅烧时间为2
‑
6h。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025]1、采用沉淀法在磷酸铁锂表面包覆碳源，形成碳包覆层，再在碳包覆层表面进行硫化聚丙烯腈包覆，形成双包覆的磷酸铁锂正极材料。合成工艺成本更低，且压实更高，能量密度更高。
[0026]2、硫化聚丙烯腈不仅具有导电、导离子的功能，且具有储锂的功能，提高倍率，使材料具有快充的效果。相比与碳包覆层，具有一定容量，可在一定程度上提高材料的比容量。
[0027]3、硫化聚丙烯腈包覆在材料的最外层，具有柔性，可保护材料整体结构。
具体实施方式
[0028]以下结合实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0029]实施例1
[0030]S1、将一定量的硫酸亚铁盐溶解于水中，加热至60℃搅拌，得到第一溶液；向第一溶液中，加入磷酸一铵及磷酸，并保持pH值为2，待完全加入物料后，升温至90℃搅拌6h，过滤洗涤得到第一前驱物；向第一前驱物中加入一定量的碳酸锂、葡萄糖、添加剂和水，经过球磨、砂磨、喷雾得到第一混合物料；其中，第一混合物料中锂元素、硫酸亚铁盐中铁元素、磷酸一铵及磷酸的磷元素之间的摩尔比为摩尔比为1.05：1：1；第一混合物料的固含量为40％，粒径为200nm；
[0031]S2、将第一混合物料装钵，进行辊道窑氮气气氛下煅烧，设置第一煅烧温度为700℃，煅烧时间6h，再经过气流粉碎得到粒径为1200nm的第一物料；
[0032]S3、将第一物料、硫粉、聚丙烯腈分散于N
‑
甲基吡咯烷酮中，经过球磨搅拌4h、喷雾后得到第二混合物料；第二混合物料混合物料的固含量为30
‑
60％；
[0033]S4、将第二混合物料装钵，进入辊道窑氮气气氛下煅烧，设置第二煅烧温度为280℃，煅烧时间4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双包覆正极材料，包括磷酸铁锂基体，其特征在于，所述基体表面由内向外依次包覆有碳包覆层和硫化聚丙烯腈层，所述硫化聚丙烯腈层中，硫元素与聚丙烯腈质量之比为1
‑
4:1；其中，以正极材料整体为基准，所述碳包覆层的含量为0.5
‑
2wt％；所述聚丙烯腈的含量为0.1
‑
2wt％。2.如权利要求1所述一种双包覆正极材料，其特征在于，所述硫化聚丙烯腈层中，硫元素与聚丙烯腈质量之比为2
‑
3:1；所述碳包覆层的含量为0.5
‑
1wt％，所述聚丙烯腈的含量为0.5
‑
1.5wt％。3.一种如权利要求1
‑
2任一所述双包覆正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将可溶性亚铁盐溶于水中，加热搅拌，得到第一溶液；向第一溶液中，加入磷源，保持pH为1
‑
4，加热搅拌，过滤洗涤后得到第一前驱物；向第一前驱物中，加入锂源、添加剂、碳源和水，经过球磨、砂磨、喷雾后得到第一混合物料；S2、将第一混合物料置于惰性气体氛围下煅烧，再经过气流粉碎得到第一物料；S3、将第一物料、硫粉、聚丙烯腈分散于溶剂中，经过球磨搅拌、喷雾后得到第二混合物料；S4、将第二混合物料置于惰性气体氛围下煅烧，得到双包覆正极材料。4.如权利要求3所述一种双包覆正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，第一混合物料中锂元素、铁元素、磷元素之间的摩尔比为1
‑
1.1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建，杨淞婷，段田芳，刘龙，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：