本发明专利技术属于锂离子电池正极材料技术领域，公开了一种多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法。合成过程主要包括多孔碳的分散、前驱体FePO4·2H2O/多孔碳的复合、产物多孔碳原位包覆磷酸铁锂复合正极材料的合成。该多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料中的多孔碳占0.5~15wt%，磷酸铁锂占85~99.5%，其余为有机碳源热解后的残留碳，占0~10%，通过原位包覆可以将大部分磷酸铁锂颗粒限制在碳孔内，因而得到的复合正极材料颗粒尺寸小且均匀性好。多孔碳的碳壁实现了对磷酸铁锂颗粒的“均匀包覆”，同时最大程度减少颗粒间的团聚。多孔碳原位包覆磷酸铁锂复合正极材料具有良好的充放电性能、稳定的循环性能及倍率性能；整个材料新颖，合成工艺简单，便于大规模产业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源材料
，特别涉及。
技术介绍
能源是整个世界发展和经济增长最基本的动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，过去传统的化石燃料(煤炭、石油、天然气)已经无法满足人类逐年增长的能源需求。为了实现整个社会的可持续发展，探索和开发可替代化石燃料并具备高效、清洁、安全、 经济等特点的可再生能源成为新世纪能源材料及能源技术发展的战略目标。作为一种新型的能源产品，锂离子二次电池因具有放电电压高、比能量和比功率高、循环寿命长以及环境污染小的突出特点，受到科学研究和工业生产的双重青睐，被广泛运用于移动通信设备、笔记本电脑、仪器仪表等领域，随着这些年锂离子电池的迅猛发展，未来将作为动力能源在电动汽车和混合动力汽车上不断扩展。目前的锂离子二次电池体系中，正极材料的比容量大小将决定电池的容量，同时也是限制锂电池电化学性能提高、生产成本下降的关键因素。早期的LiCo02、LiNiO2正极材料受到成本、安全性和环境污染等问题的制约，难以成为绿色能源材料的典型代表；层状 LiMnO2和尖晶石LiMn2O4则因结构畸变会导致容量的迅速衰减，材料的高温循环稳定性差， 不适合运用在动力电池领域。而聚阴离子型狗系化合物LiFePO4具有原材料资源丰富、无毒、环境兼容性好、理论比容量高(170mAh/g)，循环性能优良、热稳定性能突出等优点有望成为新一代锂离子电池正极材料。磷酸铁锂本身的结构缺陷导致其电子电导率低、锂离子扩散速率慢，因而材料在大电流充放时比容量低，循环稳定性差。研究发现，通过碳包覆、颗粒纳米化以及体相掺杂等技术手段可以改善磷酸铁锂材料的高倍率放电性能。其中，运用最为广泛的是碳包覆技术，传统碳包覆中的碳多数是无定形碳，其本身的形貌以及分布都无法控制，难以实现对磷酸铁锂颗粒的“均勻包覆”，导致Lii^P04/C复合材料的振实密度和体积能量密度下降，电化学性能不稳定。多孔碳的优势在于(1)与单质碳(石墨、乙炔黑、Super-p等)和有机碳(蔗糖、葡萄糖、淀粉等)相比，多孔碳在制备时经过150(T2000°C的高温处理，石墨化程度高，导电性更好。(2)多孔碳本身的形貌已定，通过原位包覆可以将大部分磷酸铁锂颗粒限制在碳孔内，磷酸铁锂的颗粒尺寸将由碳孔的孔径决定，因此得到的复合正极材料颗粒尺寸小且均勻性好。(3)多孔碳的碳壁确保了对磷酸铁锂的“均勻包覆”而且还能大幅度提高活性材料与电解液的接触性。目前中国的公开专利中还没有多孔碳原位包覆磷酸铁锂复合正极材料的记录。商业上最为常用的固相法是将锂源、铁源、磷源混合球磨处理再在保护气氛下烧结而成，由于3无法对原材料的形貌、尺寸有更高要求，再加上固/固相反应界面小，因而合成周期长、能耗高，得到的磷酸铁锂尺寸分布不均勻，颗粒大小难以控制，且纯度较低，很难有较高的电化学性能(见中国专利公开号CN1767238)。专利CN101834^8 A所公开的磷酸铁锂/纳米碳复合材料，缺少对纳米碳形貌及分布的证明，专利描述的复合产物是在磷酸铁锂颗粒上原位生长纳米碳，纳米碳对颗粒尺寸的影响较低，仅仅满足复合而达不到“均勻包覆”的效果，另外，磷酸铁锂颗粒间相互团聚。这些难以解决的缺点都限制了材料电化学性能的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术针对合成的磷酸铁锂颗粒尺寸大、分布广、团聚严重的问题，提供了一种新型的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法。利用多孔碳的孔径尺寸来限制磷酸铁锂的颗粒大小，确保磷酸铁锂颗粒尺寸均一；碳壁将磷酸铁锂颗粒相互分隔，减少颗粒间的相互团聚，由此改善磷酸铁锂的充放电性能以及循环性能。本专利技术的技术方案是一种多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料，其组分以质量分数计多孔碳占0. 5 15%，磷酸铁锂占85、9. 5%，其余为有机碳源热解后的残留碳，占10%ο本专利技术的另一目的是上述多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，具体制备过程如下(1)多孔碳的分散称取一定量的孔径为5 200nm的多孔碳，将其放入广IOL的溶剂中，强力搅拌2、h后，超声分散0.5 10h，最终得到多孔碳的悬浮液，备用；(2)前躯体FePO4· 2H20/多孔碳的复合将三价铁源和磷源用去离子水溶解并配成0. 0广5mol/L的溶液；按体积比1:广1. 2将相同浓度的三价铁源和磷源溶液混合，以 Γ50πι1/πι η的进料速度用蠕动泵将其送入持续搅拌的步骤1制备得到多孔碳悬浮液中，同时用蠕动泵送入氨水调节PH范围为1. 85^2. 35，等到铁、磷混合溶液滴定完毕后，再继续搅拌2飞h，然后用去离子水洗涤沉淀物至中性并过滤、在8(T12(TC干燥12 24h ；(3)产物多孔碳原位包覆磷酸铁锂的合成按Li:Fe=ri. 1 1称取锂源和步骤2制备的前躯体FePO4 · 2H20/多孔碳，研磨Hh将原材料混合均勻，在比例为95:5的ArM2的保护气氛下以3 10°C /min的升温速度升温至25(T450°C并保温2 10h，随炉冷却后再次研磨 0. 5飞h，以同样的保护气氛及升温速率下将样品升温至55(T750°C并保温5 15h，最终得到多孔碳原位包覆磷酸铁锂复合正极材料。进一步，所述步骤3中还可加入有机碳源；有机碳源加入量为总质量的(Γ40 wt%0进一步，所述有机碳源包括蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸、抗坏血酸、淀粉、纤维素、聚丙烯、聚乙二醇、酚醛树脂和聚乙烯醇。进一步，所述溶剂为去离子水、超临界水、工业酒精、无水乙醇或丙酮。进一步，所述铁源包括硝酸铁、柠檬酸铁、三氯化铁、硫酸铁；所述磷源包括五氧化二磷、磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、磷酸钾、磷酸二氢钾和磷酸一氢钾。进一步，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、氟化锂、磷酸锂、磷酸一氢锂、磷酸二氢锂、碘化锂。本专利技术的有益效果是本专利技术的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料具有良好的充放电性能、循环性能以及倍率性能。通过多孔碳原位包覆的磷酸铁锂颗粒尺寸小、粒径分布均一、团聚程度低。合成过程操作简单、设备成本低、易于控制、绿色环保，便于企业规模化生产。附图说明图1本专利技术实施例1原材料多孔碳的FE-SEM形貌图。图2本专利技术实施例1所制备的!^ePO4 · 2H20/C前躯体SEM形貌图。图3本专利技术实施例1所制备的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料的XRD图。图4本专利技术实施例2所制备的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料0. 2C和2C的首次充放电曲线图。图5本专利技术实施例3所制备的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料的循环性能图。图6本专利技术实施例4所制备的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料的倍率放电图。具体实施例方式下面是结合实例对本专利技术做进一步说明，但是本专利技术要求的保护范围并不仅仅局限于实例表述范围。实施例1 (1)选择碳孔孔径80nm的多孔碳，称取Ig并将其放入IL的去离子水中，强力搅拌4h后，超声分散lh，最终得到多孔碳的悬浮液。(2)将硝酸铁和磷酸用去离子水溶解并配成0.05mol/L的溶液。按体积比1 1将上述浓度的硝酸铁和磷酸溶液混合，以2ml/min进料速度用蠕动泵将其送入持续搅拌的多孔碳悬浮液中，同时用蠕动泵送入一定浓度的氨水以确保整个蠕动滴定过程反应体系的PH值维持在2. 1，等到铁、磷的混合溶液滴定完毕后，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料，其特征在于，其组分以质量分数计：多孔碳占０．５～１５％，磷酸铁锂占８５～９９．５％，其余为有机碳源热解后的残留碳，占０～１０％。
【技术特征摘要】
1.一种多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料，其特征在于，其组分以质量分数计多孔碳占0. 5 15%，磷酸铁锂占85 99. 5%，其余为有机碳源热解后的残留碳，占0 10%。2.根据权利要求1所述的多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于具体制备过程如下(1)多孔碳的分散称取一定量的孔径为5 200nm的多孔碳，将其放入广IOL的溶剂中，强力搅拌2、h后，超声分散0.5 10h，最终得到多孔碳的悬浮液，备用；(2)前躯体FePO4· 2H20/多孔碳的复合将三价铁源和磷源用去离子水溶解并配成0. 0广5mol/L的溶液；按体积比1:广1. 2将相同浓度的三价铁源和磷源溶液混合，以 Γ50πι1/πι η的进料速度用蠕动泵将其送入持续搅拌的步骤1制备得到多孔碳悬浮液中，同时用蠕动泵送入氨水调节PH范围为1. 85^2. 35，等到铁、磷混合溶液滴定完毕后，再继续搅拌2、h，然后用去离子水洗涤沉淀物至中性并过滤、在8(T12(TC干燥12 24h ；得到前躯体 FePO4 · 2H20/多孔碳，备用；(3)产物多孔碳原位包覆磷酸铁锂的合成按Li:Fe=ri. 1 1称取锂源和步骤2制备的前躯体FePO4 · 2H20/多孔碳，研磨Hh将原材料混合均勻，在比例为95:5的ArM2的保护气氛下以3 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：范丽珍，刘金坤，冯玉川，陈立功，
申请(专利权)人：北京科技大学，河北善鑫泰瑞电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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