【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法及应用，属于锂离子电池正极材料领域。
技术介绍
1、磷酸铁锂(lfp)作为锂离子电池正极材料时，具有高安全性、高循环稳定性等优点，所以，lfp成为如今的锂离子电池(libs)正极材料领域的研究重点之一。然而，lfp有着li+扩散系数(10-14s/cm)和电子电导率(10-9到10-10s/cm)低的缺点，限制了lfp快速充放电的能力。同时由于结构限制，lfp正极材料与大多数常规正极材料相比，其li+和电子的动力学表现较差，因此难以达到lfp的理论容量(170mah/g)及实现优异的倍率性能。目前主要通过控制材料粒径和碳包覆来提高lfp的电化学性能。
2、磷酸铁锂正极材料的主要制备方法可以分为固相法和液相法，其中，液相法可以很好地控制材料粒径，但在反应过程中需要用到大量的酸性溶液对环境不友好、易引入杂质、产率较低、成本较高等缺点。固相法操作简便、产率高、环境友好，但粒径较大且团聚现象的存在严重限制其电化学性能。这主要是因为传统的固相法制备过程中通常葡萄糖、蔗糖作为碳源，该类碳源往往只能实现lfp的碳包覆不能很好的控制lfp的粒径。
技术实现思路
1、根据本申请的一个方面，提供了一种高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，该方法采用了一种新型碳源酒石酸，对前驱体的简易处理后，辅助合成了具有高倍率性能的磷酸铁锂正极材料，得益于其具有优异的抗氧化性和增稠性，对于磷酸铁锂形貌和粒径等方面的控制有很好的效果，提高了lfp的倍率性能。
2、所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，包括：将含有锂源、磷源、铁源、碳源的混合物，球磨，干燥，得到磷酸铁锂复合前驱体，非活性气氛下热退火，得到所述磷酸铁锂正极材料；
3、所述碳源为酒石酸。
4、可选地，所述锂源选自碳酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、乙酸锂、甲酸锂、柠檬酸锂、硝酸锂、溴化锂、苯甲酸锂、叔丁醇锂、磷酸锂、草酸锂、硫酸锂中任一种或多种。
5、可选地，所述铁源为二价铁源，优选地，二价铁源选自草酸亚铁、醋酸亚铁、硫酸亚铁中任一种或多种。
6、本申请中草酸亚铁可以以水合的形式存在，也可以以未水合形式存在。
7、可选地，所述磷源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸氢钠中任一种或多种。
8、可选地，所述锂源、铁源、磷源的摩尔比li:fe:p＝0.5:1:1～1.5:1:1，优选地，所述锂源、铁源、磷源的摩尔比li:fe:p＝1:1:1～1.05:1:1。
9、本申请中，li以锂源中li摩尔数计，fe以铁源中fe摩尔数计，p以磷源中p摩尔数计。
10、可选地，碳源的添加量为生成的磷酸铁锂的物质的量的5％～30％；优选地，碳源的添加量为生成的磷酸铁锂的物质的量的10％-20％。
11、可选地，球磨时，添加分散介质，所述分散介质为乙醇和/或丙酮。
12、可选地，分散介质的用量为每10mmol的锂源添加5ml～25ml的分散介质。
13、可选地，热退火的条件为：500-900℃，时间4-10h；优选地，热退火的条件为：温度650-750℃，时间6-8h；更优选地，热退火的条件为：温度700℃，时间6h。
14、可选地，热退火的温度独立地选自500℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、900℃中任一值或上述两者的范围值。
15、可选地，热退火时，从室温升温至热退火的温度的升温速率为3-10℃/min；优选地，热退火时，从室温升温至热退火的温度的升温速率为5℃/min。
16、可选地，球磨的方式为湿法球磨。
17、可选地，球磨的转速为200-400rpm；优选地，球磨的转速为320rpm。
18、可选地，球磨的时间为3～6h；优选地，球磨的时间为4h。
19、可选地，高倍率性能磷酸铁锂正极材料的粒径为100-200nm。
20、可选地，所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料为橄榄石状形态。
21、在一种实施方式中，所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，包括下面步骤：
22、(1)将锂源、磷源、铁源、碳源和分散介质混合，加入球磨罐中；
23、(2)对步骤(1)中的混合料以200-400rpm的转速湿法球磨3～6h，真空干燥后，非活性气氛下热退火，冷却后研磨，过筛，得到磷酸铁锂正极材料。
24、本专利技术利用固相法，在较短周期内制备了具有纳米级颗粒的磷酸铁锂。同时，在高能球磨过程加入了适量酒石酸以促使磷酸铁锂达到了优异的性能。
25、本申请另一方面提供了一种所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法制得的磷酸铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
26、本申请能产生的有益效果包括：
27、1.本申请利用一步球磨法制备磷酸铁锂正极材料，通过丙酮和/或乙醇进行湿法球磨，通过一步烧结的方法磷酸铁锂材料，球磨过程中加入的酒石酸具有抗氧化性，且退火过程中形成的无定形碳能包覆在磷酸铁锂表面形成导电网络，用其组装成的锂二次电池电导率良好，比容量高，倍率性能优良。
28、2.本申请原料价格低廉，工艺简单，时间成本低，产品粒径小且均匀，振实密度大，环境友好可用于工业化生产。
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1.一种高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述碳源的添加量为生成的磷酸铁锂的物质的量的5％～30％。
3.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述锂源、铁源、磷源的摩尔比为Li:Fe:P＝0.5:1:1～1.5:1:1；
4.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述热退火的条件为：温度500-900℃，时间4-10h；
5.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、乙酸锂、甲酸锂、柠檬酸锂、硝酸锂、溴化锂、苯甲酸锂、叔丁醇锂、磷酸锂、草酸锂、硫酸锂中任一种或多种。
6.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述铁源为二价铁源；
7.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述磷源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢
8.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述分散介质为乙醇和/或丙酮；
9.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的粒径为100-200nm；
10.一种权利要求1-9任一项所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法制得的磷酸铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述碳源的添加量为生成的磷酸铁锂的物质的量的5％～30％。
3.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述锂源、铁源、磷源的摩尔比为li:fe:p＝0.5:1:1～1.5:1:1；
4.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述热退火的条件为：温度500-900℃，时间4-10h；
5.根据权利要求1所述高倍率性能磷酸铁锂正极材料的合成方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、乙酸锂、甲酸锂、柠檬酸锂、硝酸锂、溴化锂、苯甲酸锂、叔丁醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，肖豪，陈成伟，陈驰，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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