【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及电池材料，例如一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、随着便携式电子设备和电动汽车市场的需求不断扩大，可充电锂离子电池因其高能量密度、相对寿命长和环境友好等优点得到了广泛关注。磷酸铁锂(lifepo4)作为锂离子电池正极材料，具有价格低廉、安全环保、容量高和循环稳定等优势，已成为动力电池的首选之一。然而，受其结构限制，lifepo4存在电子电导率低、锂离子在fepo4/lifepo4两相界面扩散速率低及振实密度低等缺点，这限制了其在大规模储能以及高倍率动力电池等场景下的应用。为了解决这一问题，粒子表面包覆修饰、离子掺杂、形貌调控及纳米化等手段被用于改性磷酸铁锂，进而提高材料的电化学特性。
2、其中，二维片状形貌结构的材料因具有大比表面积及超薄片层厚度特性而可以提供丰富的电化学活性位点，因此能很好地缩短锂离子的脱/嵌通道，扩大其迁移范围，有利于提升锂离子电池的倍率和耐低温性能。若将该结构引入磷酸铁锂正极材料的设计，对于提高电池的综合电学性能意义重大。另外，相关磷酸铁锂的制备方法如固相法、液相法及溶胶-凝胶法等多数存在反应不完全、结晶不规整、工艺复杂苛刻及能耗高的缺陷；且制得的磷酸铁锂的电学性能也与理论容量有一定差距，需要进一步提高。
3、因此，开发一种工艺简单、操作简便的方法，以制备出性能参数优异的新磷酸铁锂正极材料对于提升锂离子电池的整体电化学性能具有重要意义。
技术实现思路
1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是
2、本申请的目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。本申请以一种工艺简单、操作容易的方法制得了一种具有二维多孔结构的氮掺杂碳层包覆的磷酸铁锂正极材料，该正极材料具有较大的电极/电解质接触界面，有利于电解质和正极材料的完全浸润，同时该正极材料的微观结构继承了铁羟甲基酸盐前驱体的二维片状形貌，其大比表面积为锂离子和电子的储存提供了充足的活性位点，促进了锂离子的快速扩散和传输，有利于提高锂离子电池的电化学性能。该制备方法具有良好的工业化应用前景。
3、为达到此申请目的，本申请采用以下技术方案：
4、第一方面，本申请提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
5、(1)制备铁羟甲基酸盐二维前驱体；
6、(2)将所述铁羟甲基酸盐二维前驱体和含氮碳源混合，进行反应，得到二维前体材料；
7、(3)将所述二维前体材料、锂源和磷源混合，进行烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料。
8、本申请在二维铁羟甲基酸盐前驱体薄片的表面包覆一层含氮碳层，与锂源、磷源混合后经烧结后，二维前体材料中有机基团fe(oh)(och3)发生热解，会在二维薄片上形成多孔结构，从而制得具有二维多孔结构的氮掺杂碳层包覆的磷酸铁锂正极材料，该正极材料具有较大的电极/电解质接触界面，有利于电解质和正极材料的完全浸润，同时该正极材料的微观结构继承了铁羟甲基酸盐前驱体的二维片状形貌，其大比表面积为锂离子和电子的储存提供了充足的活性位点，促进了锂离子的快速扩散和传输，有利于提高锂离子电池的电化学性能。
9、本申请提供的制备工艺简单、操作容易且能耗较低，显现出良好的工业化应用前景。
10、作为本申请一种可选的技术方案，步骤(1)所述铁羟甲基酸盐二维前驱体的制备方法包括：
11、将四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合，进行溶剂热反应，得到所述铁羟甲基酸盐二维前驱体。
12、需要说明的是，溶剂热反应指的是密闭体系如高压釜内，以有机物或非水溶剂为溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。
13、本申请将四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合，并进行溶剂热反应制备铁羟甲基酸盐二维前驱体，可以获得纯度较高、晶型结构较优的产物。
14、在一个实施方式中，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇和丙醇中的至少一种。
15、在一个实施方式中，所述四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合得到的溶液浓度为(0.17-0.5)mol/l，例如可以是0.17mol/l、0.2mol/l、0.25mol/l、0.3mol/l、0.35mol/l、0.4mol/l、0.45mol/l或0.5mol/l等。
16、本申请中，若四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合得到的溶液浓度过低，则可能会导致前体材料的晶型生长不完整，影响其结晶度；若四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合得到的溶液浓度过高，则可能会导致前体材料的团聚。以上因素均会对合成的磷酸铁锂材料的电学性能产生影响。
17、在一个实施方式中，所述溶剂热反应的温度为150-200℃，例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，时间为24-36h，例如可以是24h、26h、28h、30h、32h、34h或36h等。
18、本申请中，在150-200℃下进行24-36h的溶剂热反应，有助于加快反应速率，提高反应产率，生成均一性好、结晶度高的前体材料。
19、作为本申请一种可选的技术方案，步骤(2)所述含氮碳源包括盐酸多巴胺。
20、本申请中，盐酸多巴胺作为含氮碳源，能够在缓冲液中发生自聚合反应形成聚多巴胺。
21、在一个实施方式中，步骤(2)所述混合得到的溶液中盐酸多巴胺的质量浓度为0.5-0.8g/l，例如可以是0.5g/l、0.6g/l、0.7g/l或0.8g/l等。
22、本申请中，盐酸多巴胺的浓度会影响氮掺杂碳层的厚度，若浓度过低，则形成的氮掺杂碳层厚度较薄，这会导致磷酸铁锂材料的导电率提升不明显；若浓度过高，则形成的氮掺杂碳层较厚，一定程度上会影响锂离子的迁移，进而影响磷酸铁锂材料电学性能。
23、作为本申请一种可选的技术方案，步骤(2)所述混合的方式包括：
24、将铁羟甲基酸盐二维前驱体分散在缓冲溶液中，然后加入含氮碳源进行共混。
25、在一个实施方式中，所述缓冲溶液包括tris缓冲溶液。
26、本申请中，tris缓冲溶液又叫三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液，有效缓冲范围ph＝7.0-9.0，采用此物质，可以有效地维持溶液的酸碱平衡，保持溶液ph值的相对稳定。
27、在一个实施方式中，步骤(2)所述混合的温度为室温，时间为12-24h，例如可以是12h、18h或24h等。
28、需要说明的是，本申请对室温的具体温度不作限定，示例性的，例如可以是25±5℃，包括20℃、25℃或30℃等。
29、本申请中，在室温的条件下将铁羟甲基酸盐二维前驱体和含氮碳源混合12-24h，可以使得含氮碳源充分附着在铁羟甲基酸盐二维前驱体的表面。
30、作为本申请一种可选的技术方案，步骤(3)所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和醋酸锂中的至少一种。
31、在一个实施方式中，步骤(3)所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铁羟甲基酸盐二维前驱体的制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合得到的溶液浓度为(0.17-0.5)mol/L。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其中，所述溶剂热反应的温度为150-200℃，时间为24-36h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述含氮碳源包括盐酸多巴胺；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述混合的方式包括：
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述二维前体材料、磷源和锂源的摩尔比为1:(0.98-1.05):1。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述混合的方式包括球磨；
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述烧结的方式为多级烧结，所述多级烧结包括一级烧结和二级烧结。
<...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铁羟甲基酸盐二维前驱体的制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述四水合乙酸亚铁和醇类溶剂混合得到的溶液浓度为(0.17-0.5)mol/l。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其中，所述溶剂热反应的温度为150-200℃，时间为24-36h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述含氮碳源包括盐酸多巴胺；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述混合的方式包括：
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述二维前体材料、磷源和锂源的摩尔比为1:(0.98-1.05):1。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述混合的方式包括球磨；
9.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李长东，李爱霞，王涛，谢英豪，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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