生物炭基磷酸铁锂复合电极膜及其制备方法和电池技术

本公开涉及一种生物炭基磷酸铁锂复合电极膜及其制备方法和电池，该制备方法包括：以天然木材为原材料，制备出氧化生物炭粉；以锂源、磷源、铁源为原料，在稳定PH值的环境下制备出磷酸铁锂前驱体；将氧化生物炭粉和磷酸铁锂前驱体混合均匀后进行涂膜，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜；将氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜进行高温煅烧，以还原制备出生物炭基磷酸铁锂复合电极膜。本公开实现了低成本、低环境污染、超高导电性的磷酸铁锂复合电极膜的生产和在电池中的应用，提升电池的能量密度和快充倍率，同时本公开是以天然木材为原材料，原材料易于获得，并且方法简单易于实现，制备过程中对环境的污染小。备过程中对环境的污染小。备过程中对环境的污染小。

【技术实现步骤摘要】
生物炭基磷酸铁锂复合电极膜及其制备方法和电池


[0001]本公开涉及电池材料
，特别涉及一种生物炭基磷酸铁锂复合电极膜及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂(LFP，LiFePO4)材料由于其成本低廉、安全性好，在动力电池的占比不断提升，但是磷酸铁锂的理论克容量仅为170mAh/g(毫安时/克)，导致了电池较低的能量密度，并且磷酸铁锂自身导电性较差，快充时易发热，影响电池寿命。
[0003]目前采用磷酸铁锂电极膜的普遍快充倍率仅为1C，使其极大限制了电池在长续航和快充领域的进一步发展。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开提供一种生物炭基磷酸铁锂复合电极膜及其制备方法和电池，以实现低成本、低环境污染、超高导电性的磷酸铁锂复合电极膜的生产和在电池中的应用，提升电池的能量密度和快充倍率。
[0005]本公开的技术方案是这样实现的：
[0006]一种生物炭基磷酸铁锂复合电极膜的制备方法，包括：
[0007]以天然木材为原材料，制备出氧化生物炭粉；
[0008]以锂源、磷源、铁源为原料，在稳定PH值的环境下制备出磷酸铁锂前驱体；
[0009]将所述氧化生物炭粉和所述磷酸铁锂前驱体混合均匀后进行涂膜，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜；
[0010]将所述氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜进行高温煅烧，以还原制备出生物炭基磷酸铁锂复合电极膜。
[0011]进一步，所述以天然木材为原材料，制备出氧化生物炭粉，包括：
[0012]将所述天然木材在惰性气氛下通过高温煅烧获得生物炭纤维；
[0013]利用第一氧化剂在固体状态下对所述生物炭纤维进行第一氧化处理，获得初级氧化生物炭粉；
[0014]利用第二氧化剂在溶液中对所述初级氧化生物炭粉进行第二氧化处理，获得所述氧化生物炭粉。
[0015]进一步，所述将所述天然木材在惰性气氛下通过高温煅烧获得生物炭纤维，包括：
[0016]将所述天然木材自然风干至水分含量小于预设的水分阈值后，粉碎成粗糙木纤维；
[0017]用蒸馏水洗涤所述粗糙木纤维至少2次后，过滤出木材纤维；
[0018]将所述木材纤维烘干；
[0019]将烘干后的所述木材纤维在惰性气氛下，以1～4℃/min的升温速率升温至400～800℃并保持2～6小时，在自然冷却至室温后，获得所述生物炭纤维。
[0020]进一步，所述利用第一氧化剂在固体状态下对所述生物炭纤维进行第一氧化处理，获得初级氧化生物炭粉，包括：
[0021]将所述生物炭纤维和第一氧化剂粉末，进行球磨氧化处理，使得所述生物炭纤维变成细腻粉末形态；
[0022]利用去离子水洗涤经过球磨氧化处理后的混合物，并收集滤渣，获得所述初级氧化生物炭粉；
[0023]其中，所述第一氧化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、五氧化二磷、高锰酸钾、高氯酸钾、重铬酸钾、过硫酸钾、无水硫酸铜中的至少一种。
[0024]进一步，所述利用第二氧化剂在溶液中对所述初级氧化生物炭粉进行第二氧化处理，获得所述氧化生物炭粉，包括：
[0025]将所述初级氧化生物炭粉、五氧化二磷、第一含钾氧化剂缓慢加入浓硫酸中，加热至60～90℃，并持续搅1～10小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述五氧化二磷的质量比为2:1～1:1，所述初级氧化生物炭粉与所述含钾氧化剂的质量百分比为2:1～1:1，所述初级氧化生物炭粉与所述浓硫酸的质量百分比为1:5～1:7；
[0026]自然冷却至室温并用去离子水洗涤后收集滤渣；
[0027]将该滤渣在冰浴条件下和第二含钾氧化剂缓慢加入到强酸中，边加边搅拌，缓慢加入的持续时间为1～3小时，缓慢加入过程的温度不超过20℃，加入完成后，继续在冰浴的条件下搅拌2～6小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述第二含钾氧化剂的质量比为1:2～2:1，所述初级氧化生物炭粉与所述强酸的质量比为1:12～1:15；
[0028]将经过所述在冰浴的条件下搅拌2～6小时的混合物加热至40～60℃，继续搅拌2～6小时，之后缓慢加入去离子水和双氧水，缓慢搅拌均匀后静置36～72小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述去离子水的质量比为1:30～1:40，所述初级氧化生物炭粉与所述双氧水的质量比为1:0.7～1:0.9，所述双氧水中过氧化氢的浓度为20～40％；
[0029]倒出上层清液后，用盐酸溶液洗涤沉淀在底部的固体粉末，再用去离子水洗涤，获得所述氧化生物炭粉；
[0030]其中，所述第二氧化剂包括五氧化二磷、第一含钾氧化剂、第二含钾氧化剂、强酸，所述第一含钾氧化剂包括过硫酸钾、高锰酸钾、高氯酸钾、重铬酸钾中的至少一种，所述第二含钾氧化剂包括高锰酸钾、高氯酸钾、重铬酸钾中的至少一种，所述强酸包括浓硫酸、硝酸、高氯酸中的至少一种。
[0031]进一步，所述以锂源、磷源、铁源为原料，在稳定PH值的环境下制备出磷酸铁锂前驱体，包括：
[0032]将磷源溶液和铁源溶液混合均匀后加入锂源溶液，其中，磷、铁、锂的物质的量的比例为1:1:1.05～1:1:1.3；
[0033]向磷源溶液、铁源溶液和锂源溶液所组成的混合溶液中缓慢逐滴加入氨水，以控制所述混合溶液的反应过程的PH值位于1.8～2.2，并搅拌2～6小时，获得磷酸铁锂前驱体溶液；
[0034]其中，磷源为磷酸、五氧化二磷、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸锂、磷酸亚铁或正磷酸铁中的一种或几种，
[0035]铁源为草酸亚铁、磷酸亚铁、乙酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、氧化亚铁、
四氧化三铁、三氧化二铁、氯化铁、硝酸铁或正磷酸铁的一种或几种，
[0036]锂源为碳酸盐、氢氧化物、醋酸盐、草酸盐、氧化物、氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种。
[0037]进一步，所述将所述氧化生物炭粉和所述磷酸铁锂前驱体混合均匀后进行涂膜，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜，包括：
[0038]将所述氧化生物炭粉加入所述磷酸铁锂前驱体溶液，并搅拌1.5～6小时，其中，所述氧化生物炭粉的质量百分比为15～25％；
[0039]对搅拌完成后的所述氧化生物炭粉和所述磷酸铁锂前驱体溶液的混合物进行超声分散3～6小时；
[0040]对超声分散后的所述氧化生物炭粉和所述磷酸铁锂前驱体溶液的混合物进行离心分离，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体沉淀物；
[0041]将所述氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体沉淀物均匀涂覆于用于烘干的载体表面，并在40～60℃下烘干8～12小时，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜。
[0042]进一步，所述将所述氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜进行高温煅烧，以还原制备出生物炭基磷酸铁锂复合电极膜，包括：
[0043]将所述氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜在惰性气氛下，以1.5～2.5℃/min的升温速率升温至25本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭基磷酸铁锂复合电极膜的制备方法，包括：以天然木材为原材料，制备出氧化生物炭粉；以锂源、磷源、铁源为原料，在稳定PH值的环境下制备出磷酸铁锂前驱体；将所述氧化生物炭粉和所述磷酸铁锂前驱体混合均匀后进行涂膜，获得氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜；将所述氧化生物炭基磷酸铁锂前驱体薄膜进行高温煅烧，以还原制备出生物炭基磷酸铁锂复合电极膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述以天然木材为原材料，制备出氧化生物炭粉，包括：将所述天然木材在惰性气氛下通过高温煅烧获得生物炭纤维；利用第一氧化剂在固体状态下对所述生物炭纤维进行第一氧化处理，获得初级氧化生物炭粉；利用第二氧化剂在溶液中对所述初级氧化生物炭粉进行第二氧化处理，获得所述氧化生物炭粉。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述天然木材在惰性气氛下通过高温煅烧获得生物炭纤维，包括：将所述天然木材自然风干至水分含量小于预设的水分阈值后，粉碎成粗糙木纤维；用蒸馏水洗涤所述粗糙木纤维至少2次后，过滤出木材纤维；将所述木材纤维烘干；将烘干后的所述木材纤维在惰性气氛下，以1～4℃/min的升温速率升温至400～800℃并保持2～6小时，在自然冷却至室温后，获得所述生物炭纤维。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述利用第一氧化剂在固体状态下对所述生物炭纤维进行第一氧化处理，获得初级氧化生物炭粉，包括：将所述生物炭纤维和第一氧化剂粉末，进行球磨氧化处理，使得所述生物炭纤维变成细腻粉末形态；利用去离子水洗涤经过球磨氧化处理后的混合物，并收集滤渣，获得所述初级氧化生物炭粉；其中，所述第一氧化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、五氧化二磷、高锰酸钾、高氯酸钾、重铬酸钾、过硫酸钾、无水硫酸铜中的至少一种。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述利用第二氧化剂在溶液中对所述初级氧化生物炭粉进行第二氧化处理，获得所述氧化生物炭粉，包括：将所述初级氧化生物炭粉、五氧化二磷、第一含钾氧化剂缓慢加入浓硫酸中，加热至60～90℃，并持续搅1～10小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述五氧化二磷的质量比为2:1～1:1，所述初级氧化生物炭粉与所述含钾氧化剂的质量百分比为2:1～1:1，所述初级氧化生物炭粉与所述浓硫酸的质量百分比为1:5～1:7；自然冷却至室温并用去离子水洗涤后收集滤渣；将该滤渣在冰浴条件下和第二含钾氧化剂缓慢加入到强酸中，边加边搅拌，缓慢加入的持续时间为1～3小时，缓慢加入过程的温度不超过20℃，加入完成后，继续在冰浴的条件下搅拌2～6小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述第二含钾氧化剂的质量比为1:2～2:
1，所述初级氧化生物炭粉与所述强酸的质量比为1:12～1:15；将经过所述在冰浴的条件下搅拌2～6小时的混合物加热至40～60℃，继续搅拌2～6小时，之后缓慢加入去离子水和双氧水，缓慢搅拌均匀后静置36～72小时，其中，所述初级氧化生物炭粉与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海桔晟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：