一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，为一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：往可可粉滴加乙酸溶液，反应结束后，滴加双氧水

【技术实现步骤摘要】
一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体地，本专利技术涉及一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池是当今新能源领域的主流储能器件
。
磷酸铁锂
(LiFePO4)
凭借高能量密度
、
低成本
、
稳定的充放电平台
、
环境友好
、
安全性高等优势，是应用最为广泛的锂离子电池正极材料之一
。
磷酸铁锂受其自身晶体结构限制，电子导电率低和离子迁移率差，尤其低温状态下，
Li
+
在活性电极材料内部的扩散能力下降更为明显，这极大限制了其电化学性能的提升，制约了其在高倍率电池领域的发展
。
另外，磷酸铁锂电池在第一次充电过程中，由于在负极表面形成固体电解质界面
(SEI)
，正极材料中大约5～
15
％的锂被消耗，导致电池首圈库伦效率低和不可逆容量损失过大
。
因此，如何提高
LiFePO4材料的电子导电率和离子迁移率，有效降低因
SEI
造成的电池首圈库伦效率低和不可逆容量损失，成为
LiFePO4正极材料实用化的关键
。
[0003]然而，仅仅依靠单纯的包覆碳材料不能得到具有理想性能的磷酸铁锂正极材料，在高充电
/
放电倍率下，电极表面电荷的不均匀分布将会大幅度降低活性物质的应用效率
。
现有技术通常使用无机碳
(
炭黑
、
石墨烯或碳纳米管等
)
或有机碳
(
葡萄糖
、
聚苯胺
、
蔗糖等
)
对磷酸铁锂进行碳包覆，该方法虽然在一定程度改善了电子电导率和锂离子扩散速率等问题，但是上述方法还是不能满足目前人们对大倍率充放电的需求
。
近来，许多研究人员证明，非金属原子掺杂碳层可以进一步增强碳层的电子导电性和锂离子扩散，这为优化
LiFePO4的碳涂层提供了可行的策略
。
事实证明，磷的掺杂可影响碳材料的石墨化程度和比表面积，也可以改变碳材料的电子输运性质和与受体分子
(
如
O2)
的亲和力，使磷掺杂碳成为更高效的电催化剂
。
氮掺杂碳层可提高
LiFePO4的电接触率和导电性，防止
LiFePO4的聚集，致使
LiFePO4表现出优越的倍率性能和容量保持能力
。
[0004]本专利技术采用的可可粉原料可再生，环境友好，材料中氮磷钾元素含量丰富，制备工艺简单易操作，可显著提高磷酸铁锂正极材料的倍率性能和容量性能
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法
。
[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种生物质氮磷掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料的改性方法，所述方法采用生物质可可粉提供氮源和磷源，氮磷共掺杂碳包覆层可促进电子传导和锂离子的迁移，从而提高放电比容量和倍率性能；由于氮或磷在碳层
(N
‑
C
和
P
‑
C
带
)
之间的强桥效应，磷酸铁锂的结构得到有效保护，从而提高了其循环稳定性
。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种钾掺杂磷酸铁锂正极材料的改性方法，可可粉中钾元素掺杂磷酸铁锂改性以提高材料离子扩散性能并且抑制团聚现象，并在其表面形成导
电碳碳网络，使得其具有良好的导电性能和循环稳定性
。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种富锂磷酸铁锂正极材料的改性方法，通过引入氢氧化锂中的锂源，在电池首次充放电过程中可为电池提供额外的
Li
+
，补偿正极材料脱出的
Li
+
因在负极生成
SEI
膜造成的不可逆锂损失，提高材料的容量性能
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供的一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)
将可可豆磨制成可可粉，往可可粉中滴加乙酸溶液，边加热边搅拌，使其充分反应；
[0011](2)
步骤
(1)
所得反应液升温至
50
‑
60℃
后，滴加双氧水，搅拌
5min
，加入氢氧化锂，滴加去离子水至溶液
pH
为9‑
11
，搅拌
0.5
‑
1h
，过滤；
[0012](3)
过滤液与去离子水按照体积比
1∶1
混合，加入碳包覆磷酸铁锂前驱体，搅拌均匀，得到均匀浆料，均匀浆料真空冷冻干燥，得氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂前驱体；
[0013](4)
氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂前驱体在惰性气体环境中进行烧结处理，将烧结产物进行气流粉碎处理后，得到氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料
。
[0014]进一步的，步骤
(1)
中可可粉与乙酸溶液质量比为
(1
‑
3)∶10。
[0015]进一步的，步骤
(1)
中所述乙酸溶液的摩尔浓度为1‑
2mol/L
，加热温度为
40
‑
50℃
，反应时间为2‑
3h。
[0016]进一步的，步骤
(2)
中所述双氧水质量浓度为
30
‑
35
％，双氧水的加入量与步骤
(1)
所得反应液体积比为
1∶(3
‑
5)。
[0017]进一步的，步骤
(2)
中所述氢氧化锂加入量与碳包覆磷酸铁锂前驱体质量比为
(1
‑
3)∶20。
[0018]进一步的，步骤
(3)
所述碳包覆磷酸铁锂前驱体为葡萄糖
、
磷酸铁
、
碳酸锂
、
去离子水经混合砂磨，喷雾干燥所得，碳包覆磷酸铁锂前驱体
D50
粒径分布为
0.5
‑
1.5
μ
m。
[0019]进一步的，步骤
(3)
所述碳包覆磷酸铁锂前驱体的加入量与可可粉的质量比为
20∶(1
‑
2)。
[0020]进一步的，步骤
(4)
中惰性气体为氮气，烧结温度为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将可可豆磨制成可可粉，往可可粉中滴加乙酸溶液，边加热边搅拌，使其充分反应；
(2)
步骤
(1)
所得反应液升温至
50
‑
60℃
后，滴加双氧水，搅拌
5min
，加入氢氧化锂，滴加去离子水至溶液
pH
为9‑
11
，搅拌
0.5
‑
1h
，过滤；
(3)
过滤液与去离子水按照体积比
1∶1
混合，加入碳包覆磷酸铁锂前驱体，搅拌均匀，得到均匀浆料，均匀浆料真空冷冻干燥，得氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂前驱体；
(4)
氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂前驱体在惰性气体环境中进行烧结处理，将烧结产物进行气流粉碎处理后，得到氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中可可粉与乙酸溶液质量比为
(1
‑
3)∶10。3.
根据权利要求1所述的一种氮磷钾共掺杂碳包覆富锂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述乙酸溶液的摩尔浓度为1‑
2mol/L
，加热温度为
40
‑
50℃
，反应时间为2‑
3h。4.
根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡培，向澳，郝彰翔，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：