[發(fā)明專利]磷酸鐵鋰復合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810053682.0
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108565409B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 張貴貞;胡曉青
• 申請（專利權）人: 河北力滔電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 石家莊開言知識產權代理事務所(普通合伙) 13127
• 代理人: 趙俊嬌

本發(fā)明公開了一種磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，該制備方法由原料氧化石墨烯、三聚氰胺、雙氧水、以及間苯二酚、甲醛制備具有多孔結構的碳凝膠?石墨烯前驅體，由碳凝膠包覆磷酸鐵鋰正極材料，再結合使用氣體摻雜劑進行氣體摻雜，得到高容量的磷酸鐵鋰復合材料。本發(fā)明制備的磷酸鐵鋰復合材料，利用碳凝膠的多孔結構使氣體摻雜添加劑被吸附到磷酸鐵鋰的孔洞結構中，提高磷酸鐵鋰復合材料的比容量；同時利用碳凝膠包覆磷酸鐵鋰正極材料，解決了振實密度較低、材料離子擴散慢的問題，從而提高了磷酸鐵鋰復合材料的倍率性能和振實密度。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，以及由該制備方法獲得的磷酸鐵鋰復合材料。

背景技術

在能源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴重的當下，人們對綠色高效能源的需求日益迫切，鋰離子電池因重量輕、儲能大、功率大、無二次污染、壽命長等突出的優(yōu)點成為具有強大優(yōu)勢的新能源，為現(xiàn)今研究的重點。目前電動汽車領域所用鋰離子電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元電池，磷酸鐵鋰電池以其結構穩(wěn)定、資源豐富、安全性能高、循環(huán)壽命長、低溫性能好的特性成為最有前途的鋰離子電池材料之一，但因磷酸鐵鋰材料受限于低的電子導電率而使其克容量低、能量密度低，限制了其應用范圍。

隨著市場對電動汽車續(xù)航里程要求的提高，對所配鋰離子電池模塊或鋰離子電池則要求具有更高的能量密度，因此，磷酸鐵鋰材料的能量密度亟待提高。提高能量密度的方法可以從提高材料的克容量和材料壓實密度兩方面入手，目前提高材料克容量的方法主要通過摻雜技術、包覆技術等提高材料的首次效率及克容量發(fā)揮。而摻雜技術往往通過摻雜金屬元素，如鈦化合物、錳化合物等來提高克容量，中國專利CN103618083A公開了一種高容量高壓實磷酸鐵鋰正極材料的生產方法，其主要通過摻雜鈦、鎂、錳晶體融入磷酸鐵鋰晶體結構中，包覆燒結提高材料的克容量及其壓實密度，但由于金屬元素的摻雜是通過砂磨機固相研磨實現(xiàn)，存在摻雜不均勻、一致性差等問題，限制了摻雜技術提高磷酸鐵鋰材料能量密度的效果。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，該方法利用氣體摻雜與碳凝膠包覆相結合的手段，顯著提高了磷酸鐵鋰復合材料的克容量及克容量的發(fā)揮，提高導電率，適用于離子鋰電池。

為實現(xiàn)上述目的，一種磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

a、獲取前驅體：由原料氧化石墨烯、三聚氰胺、雙氧水、以及間苯二酚、甲醛制備具有多孔結構的碳凝膠-石墨烯前驅體；

b、制備磷酸鐵鋰復合材料：

取1000ml質量濃度5～20％的磷酸鐵鋰溶液，加入到蒸餾瓶內，升溫至80～100℃，然后在攪拌條件下，向磷酸鐵鋰溶液中加入(10～30)g碳凝膠-石墨烯前驅體，同時向磷酸鐵鋰溶液中通入含有氯離子的氣體添加劑，保溫1～2h，然后以1～10℃/min的速率升溫至150～250℃反應4～8h，反應結束后過濾、洗滌、干燥得到磷酸鐵鋰前驅體；之后將磷酸鐵鋰前驅體轉移到管式爐中，在惰性氣體保護下升溫至(700～900)℃進行碳化，碳化結束待溫度降至室溫后，粉碎、分級得到高容量的磷酸鐵鋰復合材料。

本發(fā)明的磷酸鐵鋰復合材料的制備，以具有多孔結構的碳凝膠-石墨烯為前驅體，由碳凝膠包覆磷酸鐵鋰正極材料，利用碳凝膠比表面積大、導電率高的特性，解決了磷酸鐵鋰材料振實密度低，離子擴散慢的問題，顯著提高了材料的倍率性能、振實密度和電導率；再結合選用氣體添加劑作為摻雜劑進行氣體摻雜，利用碳凝膠結構對氣體的吸附性強以及氣體分布均勻、滲透性強的優(yōu)勢，使摻雜劑中的氯離子能夠更容易、更均勻地進入材料結構內部，提高磷酸鐵鋰復合材料的比容量及其一致性，從而顯著提高克容量的發(fā)揮。

作為對上述技術方案的限定，步驟a所述前驅體的制備包括以下步驟：