[发明专利]一种金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用，通过两步法合成了不同质量比的金属单质铜与磷酸铁锂复合材料，本发明制备的金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料的晶体物相结构分析表明出现明显磷酸铁锂和金属单质铜的主要峰型，无明显杂质峰型。微观形貌SEM分析表明复合材料颗粒性明显、分散性较好，颗粒大小主要为400nm。室温下测试磁滞回线表明铜的引入使得复合材料的磁化强度(Ms)、剩余磁化强度(Mr)和磁滞回线面积(Area of hysteresis loop)是随着铜的增加而有所减小。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，特别涉及一种新型金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池自1991年问世以来，一直受到人们的广大关注，其中磷酸铁锂(LiFePO₄)作为锂离子电池的的重要组成部分的正极材料，也逐渐成为研究的重点。橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)是J.B.Goodenough等在1997年提出的一种锂离子电池正极材料。因为磷酸铁锂(LiFePO₄)具有使用寿命长、原料来源丰富廉价、电池理论比容量高、无毒、无污染、对环境友好、循环性能良好、安全性能好等优点，使得磷酸铁锂(LiFePO₄)受到大量工作者的喜爱与深入。在橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)晶体结构中，其所有原子是以六方密排方式排列，不过有轻微的扭曲，为正交晶系，晶体结构空间群是Pnma，其中的磷原子(P) 和四个氧原子(O)构成PO₄结构；而锂原子(Li)和铁原子(Fe)则分别和周围的六个氧原子(O)组成LiO₆与FeO₆的八面体结构。在奈尔温度以下时，磷酸铁锂 (LiFePO₄)的磁学特性表现为反铁磁性。

但是目前对于单质铜磷酸铁锂碳复合材料的相关报道较少，制备合成磷酸铁锂的方法主要为固相法，该方法合成工艺复杂、成本高，经公开专利检索，目前记载有关铜碳包覆磷酸铁锂材料专利申请仅1件，其为：重庆特瑞电池材料股份有限公司的CN103779563A(制备铜碳包覆磷酸铁锂的方法)，该方法主要采用固相法合成，存在合成工艺复杂、成本高的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种新型金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用，主要采用两步法合成金属单质铜(Cu)与橄榄石型磷酸铁锂 (LiFePO₄/C)复合材料，能够精确控制微量离子成分，特别是作为微量离子掺杂，合成过程操作简单、成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型金属单质铜/磷酸铁锂/碳复合材料的其制备方法，包括如下步骤：

S1，称取乙二醇溶于蒸馏水得到乙二醇溶液，称取三水合硝酸铜溶于蒸馏水得到硝酸铜溶液，称取磷酸铁锂碳复合材料溶于蒸馏水溶解得到磷酸铁锂碳复合材料溶液，然后将乙二醇溶液滴加到硝酸铜溶液中，搅拌，得到硝酸铜的乙二醇水溶液，将得到的磷酸铁锂碳复合材料溶液滴加到硝酸铜的乙二醇水溶液中，搅拌，最后得到混合液；

其中，乙二醇与三水合硝酸铜的摩尔比为1:1，三水合硝酸铜与磷酸铁锂碳复合材料的质量比小于等于0.25；

S2，对S1得到的混合液进行水浴反应，水浴加热过程中需要不断搅拌，水浴加热的温度为40～50℃，水浴加热时间为3～5个小时，得到类湿凝胶；

S3，将S2得到的类湿凝胶进行干燥，干燥温度为80～90℃，干燥时间为 8～12个小时，得到类干凝胶；

S4，将S3得到的类干凝胶研磨成粉末得到粉末材料前躯体，将粉末材料前躯体置于活性炭粉末保护的三层陶瓷坩埚中，然后于马弗炉中煅烧，煅烧时间为煅烧3～6小时，煅烧温度为600～700℃；