[發(fā)明專利]雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法

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• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107170964A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢龍;范華明;馬曉輝;陳夏雨
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇銀基烯碳能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11421
• 代理人: 林曉宏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】

具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰材料因其循環(huán)性能好、穩(wěn)定性好、價格低廉、資源豐富等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于作為鋰電池的正極材料。但由于因應(yīng)用具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰材料作為正極材料制備的鋰電池在低溫條件時，磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率和離子擴散速率顯著降低，低溫工作時容量損失嚴重，限制了鋰電池在低溫環(huán)境下的推廣應(yīng)用。目前，針對磷酸鐵鋰材料制備的鋰電池的低溫性能的改進主要有三個方面：一、表面改性；在材料晶體表面包覆優(yōu)良的電子導(dǎo)體(如碳、金屬、金屬氧化物、導(dǎo)電高分子等)或快離子導(dǎo)體(焦磷酸鋰)，以提升離子或電子在晶體表面的傳輸，從而改善材料的電化學(xué)性能；二、體相摻雜；體相摻雜主要減少材料的帶隙寬度，增強體相的電子導(dǎo)電性，另一方面誘導(dǎo)晶格畸變，改善鋰離子在晶格內(nèi)部的擴散速率；三、形貌優(yōu)化；形貌優(yōu)化的主要目的在于增加反應(yīng)活性位點、縮短鋰離子擴散距離、增加材料振實密度等。因磷酸鐵鋰材料的顆粒的粒徑、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、摻雜和包覆物質(zhì)的種類及含量等因素，很難通過單一的改進方法達到理想效果，如碳包覆改進磷酸鐵鋰時，獲得均一、完整的碳包覆層比較困難，且單層的碳包覆，含碳量偏低，材料的電子導(dǎo)電性效果不理想。

鑒于此，實有必要提供一種新型的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法來克服以上缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，應(yīng)用本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的顆粒一次粒徑小，且分布均勻，增大了雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的比表面積。另外應(yīng)用本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，作為正極材料進一步制備的鋰電池在低溫環(huán)境下的充放電循環(huán)性能優(yōu)良。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：

先將摩爾比為1-2：0.5-1.3：1.9-3.9的比例的鐵源、磷源及鋰源混合均勻溶于乙醇溶液中后形成混合液，其中鐵源、磷源及鋰源分別占乙醇溶液的質(zhì)量比為8％-10％、5％-8％及20％-35％，然后加入占乙醇溶液的質(zhì)量比的1％-3.5％的碳源溶于混合液中形成第一混合物，再加入占乙醇溶液的質(zhì)量比的2％-5％的有序介孔碳至第一混合物中，在室溫下超聲處理第一預(yù)設(shè)時間形成第二混合物；

步驟二：

先將步驟一中的第二混合物放置于容器中，在第一預(yù)設(shè)溫度下水熱反應(yīng)第二預(yù)設(shè)時間后冷卻至室溫形成第三混合物，然后將第三混合物經(jīng)洗滌和干燥后，制得碳摻雜的磷酸鐵鋰復(fù)合材料；

步驟三：

先將步驟二中制得的碳摻雜的磷酸鐵鋰復(fù)合材料放置于氮氣保護下的容器中，且在第二預(yù)設(shè)溫度煅燒第三預(yù)設(shè)時間后冷卻取出，然后依次用去離子水和無水乙醇交替洗滌數(shù)次后，經(jīng)烘干后，制得雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。

具體的，步驟一中所述的鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、甲酸鋰、草酸鋰中的一種。

具體的，步驟一中所述的磷源為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸銨、五氧化二磷、磷酸鐵中的一種。

具體的，步驟一中所述的鐵源為氯化亞鐵、硫酸亞鐵及硝酸亞鐵中的一種。

具體的，步驟一中所述的碳源為葡萄糖、檸檬酸、聚丙烯、聚乙烯及石墨中的一種或幾種混合物。

具體的，步驟一中所述的第一預(yù)設(shè)時間為：0.5h-4h。

具體的，步驟二中所述的第一預(yù)設(shè)溫度為：120℃-180℃；第二預(yù)設(shè)時間為6h-12h。

具體的，步驟三中所述的第二預(yù)設(shè)溫度為：700℃-800℃；第三預(yù)設(shè)時間為：2h-6h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，應(yīng)用本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的顆粒一次粒徑小，且分布均勻，增大了雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的比表面積。另外應(yīng)用本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，作為正極材料進一步制備的鋰電池在低溫環(huán)境下的充放電循環(huán)性能優(yōu)良。

【附圖說明】

圖1為常規(guī)碳包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料和本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的SEM圖。

圖2為應(yīng)用常規(guī)碳包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料制備的鋰電池與應(yīng)用本發(fā)明實施例制備的雙碳層包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，作為正極材料進一步制備的鋰電池在-20℃下和0.5C倍率下的充電性能對比圖。