一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法

摘要

一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，属于新能源材料制备技术领域。首先制备碳材类流体材料，然后将所制备的碳材类流体材料与固相反应制备磷酸铁锂的前驱体材料充分混合，利用碳材类流体材料对前驱体材料的良好包覆性能，最终固相反应生成具有良好碳包覆层的锂电池用磷酸铁锂正极材料，该方法能够优化磷酸铁锂晶粒表面位能分布状态，减弱锂离子穿越晶粒表面速度的各向异性，从而提高Li+穿越晶粒表面速率，最终实现Li+在磷酸铁锂正极材料内的高速传输。本发明制备的磷酸铁锂正极材料具有电子、离子电导率高，快速充放电下循环性能稳定，比容量高等优点，非常适合作为锂动力/储能电池的正极材料使用。

主权项

一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备碳材类液体材料；所述碳材类液体材料包括具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料和类石墨烯类液体材料；所述具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料制备过程为：首先将含碳材料置于体积比为(1～3)∶1的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，超声反应10～20小时，然后用去离子水稀释，静置分层后，取下层液体离心洗涤至pH值介于5～6之间，干燥得到羧酸化碳材料；然后取羧酸化碳材料与去离子水按质量比1∶(5～100)混合并超声分散，升温到70～90℃后滴加质量比为10％的十八叔胺聚氧乙烯醚/甲醇溶液至pH值为中性，磁力搅拌下反应18～36小时，然后再离心分离出黑色溶胶，用丙酮和去离子水反复冲洗黑色溶胶以去除多余的十八叔胺聚氧乙烯醚，最后真空干燥得到具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料；所述类石墨烯类液体材料制备过程为：首先将质量比为(1～4)∶1的石墨粉与硝酸钠固体混合物加入到冰水浴的浓硫酸中，再分次加入石墨粉质量5～8倍的高锰酸钾，持续搅拌控制反应温度不超过50℃，再分次加入大量去离子水，控制溶液温度在90～100℃之间，搅拌1.5～2小时后加入双氧水直至悬浊液变成亮黄色，然后用浓度为1～10％的稀盐酸离心洗涤至氯化钡溶液无法检出硫酸根离子为止，再用去离子水反复离心洗涤至pH值为中性，超声1.5～3小时后加入NaOH溶液调节pH值为10～12并保持3～10小时，再加入过量硼氢化钠并升温到80～90℃反应24～48小时过滤，将过滤所得固体物用甲醇和水反复离心洗涤至pH值接近中性，最后真空干燥得到类石墨烯类液体材料；步骤2：将步骤1获得的碳材类液体材料分散于有机醇溶液中，水浴加热的同时进行超声处理形成类液体悬浊液，其中碳材类液体材料在有机醇溶液中的含量为1～35g/L；步骤3：将固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料加入到步骤2所得类液体悬浊液中，混合均匀并干燥得到碳材类液体与磷酸铁锂前驱体材料的混合物；其中所述固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料包括锂源、铁源和磷源，所述固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料中锂、铁和磷的摩尔比为：Li∶Fe∶P＝1∶1∶1；磷酸铁锂的理论合成量与碳材类液体的质量比为1∶(0.005～0.2)；步骤4：将步骤3所得碳材类液体与磷酸铁锂前驱体材料的混合物在0.05～10L/min的氮气、氩气或者它们与氢气的混合气氛下，升温至300～450℃下保温1～6小时，再升温至600～850℃保温1～25小时，最后降至400℃并随炉冷却到室温，得到最终的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料。