[發明專利]一種碳包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202210195143.7
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114678526B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 彭家興;劉興亮;李鵬飛;汪偉偉
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種高性能的碳包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，涉及鋰離子電池正極材料技術領域，包括以下步驟：將生物質粉碎，經預處理后，得到生物質粉；將生物質粉加入到鐵鹽水溶液中，攪拌，然后邊滴加氨水溶液邊攪拌，直至不再產生沉淀，過濾、洗滌，得沉淀物；在保護氣氛下，將沉淀物經碳化、活化處理后得到納米級產物鐵氧化物/碳復合材料；再按照磷酸鐵鋰的化學計量比，將其與鋰源、磷源混合，在保護氣氛下進行高溫煅燒，即得。本發明以生物質為碳源，通過將氫氧化鐵在高溫下分解產生氧化物與碳源碳化相結合，將鐵源更好的分散在生物碳中，再與鋰源、磷源混合煅燒，制得的目標產物純度高、結晶完好、容量高、循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，尤其涉及一種高性能的碳包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有高比容量和工作電壓，已經成為當前電化學儲能領域的主流技術，并被廣泛地應用于筆記本電腦、智能手機和數碼相機等可攜帶電子器件和高端電子產品中。此外，其在動力汽車上的應用也引發了汽車動力系統格局的重大變革，顯著降低了人類對傳統化石能源的依賴。根據電池正極材料的不同，鋰離子電池可分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料以及磷酸鐵鋰電池等多種類型。其中磷酸鐵鋰(LFP)相較于其他電池正極材料，具有安全性高、穩定性強、成本低、資源豐富和循環壽命長等優點。但它的電子導電性和離子擴散速率均比較低，嚴重影響了電化學性能，使得LFP電池在與三元鋰電池的競爭中處于劣勢。近年來LFP技術實現突破性進展，尤其是CTP技術及刀片電池技術使磷酸鐵鋰的體積能量密度進一步提升至NCM523甚至NCM622體系水平，重新具備市場競爭力。但總體上磷酸鐵鋰的市場依然處于低端產能過剩的狀態，開發磷酸鐵鋰的高性能制備以及電化學性能改性強化技術，尤其是提升可逆容量、倍率性能以及低溫性能等，對提高磷酸鐵鋰電池產能和產品質量尤為重要。

目前大多數廠家仍然采用傳統高溫固相法或碳熱還原法進行LFP材料的規模化生產(此類方法常以三價鐵化合物(如Fe₂O₃或者FePO₄等)為鐵源)，而三氧化二鐵、磷酸鐵的性能穩定，工業化地三氧化二鐵、磷酸鐵原料顆粒較大，如經簡單混合后進行固相燒結，原子需經過較長距離擴散才能完全生成磷酸鐵鋰。在這種情況下，即使經長時間保溫，原料也不能完全生成磷酸鐵鋰，為將其細化，需要通過超細研磨等方法，降低Fe₂O₃或者FePO₄的粒度，因而該方法存在著對設備要求高、能耗大、成本高、顆粒均勻度較差等問題。以為Fe₂O₃鐵源的方法制備的磷酸鐵鋰材料雖然加工性能較優，如吳雙等(吳雙.LiFePO₄前驅體制備與LiFePO₄的高溫合成動力學[D].江蘇鎮江：江蘇科技大學，2019:18-20)選擇Fe₂O₃為鐵源、LiH₂PO₄為磷源和鋰源，加入碳的質量分數為10％，其制備的LiFePO₄/C復合材料，0.1C首次放點比容量僅為138.7mAh/g；如專利申請號CN200510032593.0其以Fe₂O₃為鐵源制備的磷酸鐵鋰0.2C下首次放電比容量低于160mAh/g；以FePO₄為鐵源制備的磷酸鐵鋰，雖然0.2C首次放電比容量可達165mAh/g以上，但其壓實密度等加工性能反而有所降低，并且原料磷酸鐵的品質對磷酸鐵鋰性能尤其倍率性能的影響較大。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種高性能的碳包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，以生物質為碳源，通過將氫氧化鐵在高溫下分解產生氧化物與碳源碳化相結合，將鐵源更好的分散在生物碳中，再與鋰源、磷源混合煅燒，制得的目標產物純度高、結晶完好、容量高、循環穩定性好。

本發明提出的一種高性能的碳包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將生物質粉碎，經預處理后，得到生物質粉；