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锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法、锂离子电池，所述磷酸铁锂复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、制备磷酸铁锂前驱体；S2、将碳源、有机氮源和磷酸铁锂前驱体粉末混合均匀，然后在惰性气氛下进行烧结，得到磷酸铁锂复合材料。采用本发明专利技术提供的制备方法制备的磷酸铁锂复合材料的电阻率低，具有优异的导电性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂复合材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]我国作为能源消费大国为摆脱对传统能源的依赖，新能源的开发利用迫在眉睫，锂离子电池因具有更高的能量密度、更长的循环使用寿命、对环境友好受到人们青睐。正极材料占据着锂离子电池总成本中的大部分比例，并且锂离子电池的各项性能指标都取决于正极材料的性能，磷酸铁锂正极材料作为当下锂离子电池主流的正极材料之一，具有循环性能好、价格低廉、对环境友好的优点。
[0003]磷酸铁锂较低的电子导电性和离子扩散速率严重影响了电化学性能的发挥，例如专利CN111933903A公开了磷酸铁锂电池正极浆料及其制备方法，该磷酸铁锂电池正极浆料中直接采用未改性磷酸铁锂作为正极活性物质，会严重影响电池的电化学性能，所以必须对材料进行改性处理。常用的改性手段可分为三类：一是纳米化和形貌改善、二是包覆改性、三是掺杂改性。包覆改性通常采用高温热解有机碳源生成包覆在磷酸铁锂晶体表面上的石墨，但是单纯的石墨包覆得到的磷酸铁锂复合材料的电阻仍然较大，使得该材料的导电性仍然较差。因此，如何进一步显著地降低磷酸铁锂材料的电阻，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供了一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法、锂离子电池，采用本专利技术提供的制备方法制备的磷酸铁锂复合材料的电阻率低，具有优异的导电性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备磷酸铁锂前驱体；
[0008]S2、将碳源、有机氮源和磷酸铁锂前驱体粉末混合均匀，然后在惰性气氛下进行烧结，得到磷酸铁锂复合材料。
[0009]采用本专利技术提供的制备方法制备的磷酸铁锂复合材料的电阻率低，具有优异的导电性能。
[0010]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述制备磷酸铁锂前驱体包括：先称取铁源、锂源、磷源，将所述铁源、锂源、磷源于分散剂介质中混合均匀后，经烘干、研磨得到磷酸铁锂前驱体粉末。
[0011]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在制备磷酸铁锂前驱体步骤中，所述混合为以300～500r/min(例如可以为300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min等)转速球磨6～12h(例如可以为6h、8h、10h或12h等)。
[0012]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述铁源、锂源、磷源中的Fe:Li:P的摩尔比为1:1:1。
[0013]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述铁源包括醋酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁、二水合草酸亚铁中的至少一种。
[0014]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种。
[0015]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠中的至少一种。
[0016]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述分散剂包括乙醇、去离子水中的至少一种。
[0017]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述铁源、锂源、磷源的总质量与所述分散剂的质量比为1：(1～2)(例如可以为1：1、1：1.2、1：1.4、1：1.6、1：1.8或1:2等)。
[0018]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述碳源和磷酸铁锂的质量比为(0.02～0.04):1，所述有机氮源和磷酸铁锂的质量比为(0.01～0.03):1。
[0019]这里，磷酸铁锂复合材料包括磷酸铁锂和包覆在磷酸铁锂表面的N掺杂碳/石墨包覆层，磷酸铁锂的质量为磷酸铁锂的理论质量，例如，当锂源中锂元素摩尔数为1mol，且磷源和铁源足量时，制备的磷酸铁锂的质量为1mol锂元素对应的磷酸铁锂的理论质量，即1mol磷酸铁锂的质量。
[0020]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、柠檬酸中的至少一种。
[0021]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述有机氮源包括尿素、甘氨酸、三乙胺、吡咯中的至少一种。
[0022]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，所述烧结的过程为：先在130～180℃(例如可以为130℃、150℃或180℃等)下保温0.5～2h(例如可以为0.5h、1h、1.5h或2h等)，再在350～500℃(例如可以为350℃、400℃、450℃或500℃等)下保温1.5～3h(例如可以为1.5h、2h、2.5h或3h等)，最后在600～800℃(例如可以为600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等)下保温4～6h(例如可以为4h、4.5h、5h、5.5h或6h等)。
[0023]本专利技术采用梯度升温且在合适温度下保温，有利于提升材料的容量、倍率性能和导电性能，原因在于在130～180℃温度下保温，有利于有机物的融化，自扩散实现对材料的包覆；350～500℃温度下保温，有利于有机物的充分碳化，生成的碳化层也能够起到高温烧结时抑制晶粒长大的作用。
[0024]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，所述烧结过程的升温速率为3～5℃/min。
[0025]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，烧结完成后，冷却、粉碎，得到所述磷酸铁锂复合材料。
[0026]上述磷酸铁锂复合材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，所述惰性气氛包括氮气、氩气中的至少一种。
[0027]第二方面，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由第一
方面提供的磷酸铁锂复合材料的制备方法制得。
[0028]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极片，所述正极片上的正极活性材料包括由第一方面提供的磷酸铁锂复合材料的制备方法制得的磷酸铁锂复合材料或第二方面提供的磷酸铁锂复合材料。
[0029]本专利技术提供的锂离子电池具有优异的倍率性能。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括以下一项：
[0031](1)采用本专利技术提供的制备方法制备的磷酸铁锂复合材料的电阻率低，具有优异的导电性能。
[0032](2)本专利技术通过在磷酸铁锂晶体表面包覆一层导电性更强的N掺杂碳/石墨复合包覆层，可以改善材料的电子导电性，从而实现倍率放电性能改善。N掺杂碳/石墨复合包覆层既能够利用传统石墨包覆层提升导电性并且抑制晶体生长的作用，同时N掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备磷酸铁锂前驱体；S2、将碳源、有机氮源和磷酸铁锂前驱体粉末混合均匀，然后在惰性气氛下进行烧结，得到磷酸铁锂复合材料。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备磷酸铁锂前驱体包括：先称取铁源、锂源、磷源，将所述铁源、锂源、磷源于分散剂介质中混合均匀后，经烘干、研磨得到磷酸铁锂前驱体粉末。3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，在制备磷酸铁锂前驱体步骤中，所述混合为以300～500r/min转速球磨6～12h；和/或，所述铁源、锂源、磷源中的Fe:Li:P的摩尔比为1:1:1；和/或，所述铁源包括醋酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁、二水合草酸亚铁中的至少一种；和/或，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种；和/或，所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠中的至少一种；和/或，所述分散剂包括乙醇、去离子水中的至少一种；和/或，所述铁源、锂源、磷源的总质量与所述分散剂的质量比为1：(1～2)。4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳源和磷酸铁锂的质量比为(0.02～0.04):1，所述有机氮源和磷酸铁锂的质量比为(0.01～0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：常展鹏，刘龙，叶建，王万胜，
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：