碳包覆的磷酸铁锂微波制备方法和碳包覆的磷酸铁锂材料技术

本发明专利技术提供一种碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法，包括以下步骤：按照需要制备的磷酸铁锂中的化学计量比分别获取锂源化合物、二价铁源化合物和磷源化合物，并加入微波吸收剂、有机碳源和液体分散剂；球磨取得的原料，并进行干燥处理；将干燥后的产物置于微波加热反应腔中，向反应腔内通入保护气体；通过微波加热至５５０－８５０℃，通入碳源气体，在５５０－８５０℃温度下热解碳源气体，制得碳包覆的磷酸铁锂。本发明专利技术还提供一种按照上述方法制得的碳包覆的磷酸铁锂材料。该制备方法采用微波加热的方法，同时将碳源气体气相热解，使碳物种沉积在磷酸铁锂表面，以获得碳包覆结构完整、均匀且牢固的磷酸铁锂，同时该制备方法能显著提高磷酸铁锂材料的机械加工性能和电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳材料的制备方法，尤其涉及一种碳包覆的磷酸铁锂微波制备方法和碳包覆的磷酸铁锂材料。
技术介绍
目前，随着工业化的进程加快和经济的飞速增长，能源问题已成为人类亟待解决 的问题之一。半个世纪以来，全球的科研机构一方面着手开发诸如水能、太阳能、风能和核 能等新能源；另一方面越来越重视能量的高效存储与利用。现有的存储用二次电池主要有 铅酸电池、镉镍电池(Cd/Ni)、金属氢化物镍电池(MH/Ni)和锂离子电池等四种。其中，锂离 子电池具有电压高、比能量高、安全快速充放电、自放电率低、循环使用寿命长、对环境污染 小和无记忆效应等优点。 锂离子电池主要包含正极、电解质和负极三个部分。锂离子电池的电极材料对于 提高电池的电化学性能和降低成本等方面至关重要。由于负极材料多使用改性的石墨材 料，具有较高的比容量。因而，当前锂离子电池电极材料的研究主要集中于优异正极材料的 开发上。 LiFeP04作为正极材料的研究始于1997年Padhi的开拓性研究。相对于当前其它 正极材料(钴酸锂，镍酸锂，锰酸锂)，LiFeP(^具有高安全、循环使用寿命高、比容量高、耐 过充和耐过放能力高、高温容量高、环保和价格低廉等显著特点。因此，LiFeP(^是一种更有 潜力的锂离子电池正极材料。 磷酸铁锂的微波制备方法主要分为固相法和液相法。传统的固相法制备周期长且 耗能高，较难制备出结构均匀且性能稳定的磷酸铁锂粉体。而微波技术电能利用率高，尤其 可在数十甚至几分钟内即可完成材料的制备，使得成本大大降低。 由于自身结构的限制，LiFeP04存在电导率低(10—9 10—1QS/Cm)的问题，而这对于受电导率控制的电极充放电过程而言是极为重要的，从而极大限制了LiFeP04作为锂离子电池正极材料的应用。目前解决该问题的途径主要是通过体相外包覆(碳或金属)以及体内掺杂的方式。其中，在磷酸铁锂颗粒表面包覆完整、均匀、牢固的碳包覆层不仅可以在一定程度上提高材料的振实密度和比能量，而且可以显著提高材料的电化学性能。 目前，微波法制备磷酸铁锂正极材料，大多采用原料混合、干燥、压片、活性碳(或石墨)覆盖压片间接加热的工艺来制备磷酸铁锂正极材料。该类方法采用的包碳方式存在如下不足一是导电炭黑仅能在磷酸铁锂颗粒间形成搭桥作用，二是有机碳源在包覆过程中由于自身分解会产生气泡，这都会影响碳包覆的均匀性，难以形成完整的导电网络。此外，活性炭等微波吸收剂由于自身的导电性差也会给磷酸铁锂正极材料带来污染。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种碳包覆结构均匀牢固的碳包覆的磷酸铁锂的微波制备 方法。 以及，一种由上述方法制得的碳包覆结构均匀牢固的碳包覆的磷酸铁锂材料。 —种碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法，包括以下步骤 按照需要制备的磷酸铁锂的化学计量比分别获取锂源化合物、二价铁源化合物和 磷源化合物，并加入微波吸收剂、有机碳源和液体分散剂； 球磨取得的原料，并进行干燥处理； 将干燥后的产物置于微波加热反应腔中，向反应腔内通入保护气体；通过微波加热至550-85(TC，通入碳源气体，在550-85(TC温度下热解碳源气体，制得碳包覆的磷酸铁锂。 以及，一种碳包覆的磷酸铁锂材料，包括根据上述的碳包覆的磷酸铁锂的微波制 备方法制得的碳包覆的磷酸铁锂。 在上述技术方案中，所述碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法采用微波加热的方 法，同时将碳源气体气相热解，使碳物种沉积在磷酸铁锂表面。通过微波加热技术以及多 种碳协同作用(有机硕源和碳源气体气相热解)的包覆方式，获得的碳包覆结构完整、均匀 且牢固的磷酸铁锂材料，该制备方法能显著提高磷酸铁锂材料的机械加工性能和电化学性附图说明 图1是本专利技术实施例的碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法流程示意图。 图2是图1中方法中所采用的微波反应腔的内部结构示意图。 图3是本专利技术实施例1制备的样品A的XRD图谱。 图4是本专利技术实施例1制备的样品A的透射电镜(TEM)图。 图5是本专利技术实施例1制备的样品A的充放电曲线图。 图6是本专利技术实施例2制备的样品B的充放电曲线图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。 请参阅图l，显示本专利技术实施例的碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法流程，包括以 下步骤 S01 :按照需要制备的磷酸铁锂的化学计量比分别获取锂源化合物、二价铁源化合 物和磷源化合物，并加入微波吸收剂、有机碳源和液体分散剂； S02 :球磨取得的原料，并进行干燥处理； S03 :将干燥后的产物置于微波加热反应腔中，向反应腔内通入保护气体； S04 :通过微波加热至550-850°C ，通入碳源气体，在550-85(TC温度下热解碳源气体，制得碳包覆的磷酸铁锂。 在步骤SOl中，锂源化合物可以是碳酸锂、氢氧化锂等含锂的无机物，或者选取草 酸锂和乳酸锂等含锂的有机物；二价铁源(Fe(II))化合物可以选择草酸亚铁、醋酸亚铁或 乳酸亚铁等含二价铁的有机盐；磷源化合物可以选择磷酸二氢铵和磷酸氢铵等含磷化合物；有机碳源可以选取蔗糖、葡萄糖、P-糊精、乳糖或树脂等固体有机物；微波吸收剂可以 是导电导热的碳材料，例如选用导电导热的乙炔黑；液体分散剂可以选取乙醇或丙酮，利用 液体分散剂可以保证粉料在球磨过程中的充分混合，并显著提高球磨效率。可以理解，以上 化合物的选择仅仅作为举例，并不限于此。 由于最终制备的磷酸铁锂化学式为LiFeP(V所以锂源化合物、二价铁源化合物和 磷源化合物中Li、Fe、P的比例在l : 1 : l的左右范围。本实施例中，三者比例为如下 Li : Fe(II) : P= (0.95 1.20) :1:1。 此外，微波吸收剂的加入量可以是生成的碳包覆的磷酸铁锂重量的5-30%。有机 碳源的加入量可以为生成的碳包覆的磷酸铁锂重量的5-30%。 在步骤S02中，将按照上述比例选取的各种原料进行球磨，例如采用玛瑙球和分 散剂一起高速球磨，球磨好后再进行干燥处理。其中干燥是在真空下进行，干燥温度优选为 60-120°C ，干燥时间以使球磨好的粉料获得充分干燥为准，例如，干燥时间可以是2-24小 时，但不限于此。 在步骤S03中，待球磨好的粉料充分干燥后，将干燥后的产物置于微波加热反应 腔中，并向反应腔内通入保护气体。在通入保护气体时，先打开真空泵，将反应腔先抽真空， 然后向反应腔内通入保护气体，例如可以充气至一个大气压。保护气体可以是氮或氦、氩等 惰性气体。 请参阅图2，显示本实施例的制备方法所使用的微波加热反应腔10。该微波加热 反应腔10内由外至里设置有透波保温材料12、微波吸收辅助加热体14以及多孔吸波载体 16。其中，反应腔10的各组成材料如下，例如，透波保温材料12可以是硅酸铝纤维棉，微波 吸收辅助加热体14可以是活性炭加热体，多孔吸波载体16可以是多孔石墨。其中，该微波 加热反应腔10为一个管状腔体，例如采用一石英管。透波保温材料12和微波吸收辅助加 热体14可以是与管状腔体同轴设置的圆筒形状，透波保温材料12贴着反应腔10的腔壁设 置，微波吸收辅助加热体14贴着透波保温材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆的磷酸铁锂的微波制备方法，包括以下步骤：按照需要制备的磷酸铁锂的化学计量比分别获取锂源化合物、二价铁源化合物和磷源化合物，并加入微波吸收剂、有机碳源和液体分散剂；球磨取得的原料，并进行干燥处理；将干燥后的产物置于微波加热反应腔中，向反应腔内通入保护气体；通过微波加热至５５０－８５０℃，通入碳源气体，在５５０－８５０℃温度下热解碳源气体，制得碳包覆的磷酸铁锂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾燮榕，邓飞，邹继兆，盛洪超，黄剑锋，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]