[发明专利]一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法，包括以下步骤，磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖、乙酸锌为原料，以去离子水为分散剂形成浆料，浆料搅拌处理后进行超声分散；将分散均匀的浆料置于玛瑙罐中，在行星式球磨机上湿法球磨处理，球磨后的浆料进行微波处理；微波处理后的浆液通过喷雾干燥机干燥后得到半成品粉末，半成品粉末在球磨罐干磨处理，进行一次粉碎；一次粉碎颗粒在保护气氛下进行高温煅烧处理后进行二次粉碎后制得磷酸铁锂。通过过渡金属锌元素掺杂和碳包覆共改性，可显著提高磷酸铁锂动力电池容量和电性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，具体涉及一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法。

背景技术

随着新能源汽车等相关产业的快速发展，动力电池的市场需求高速增长，国内动力电池正极材料主要以磷酸铁锂和三元为主。随着补贴退坡，磷酸铁锂的低成本、长寿命、高安全性等优势在乘用车、物流车领域显现出来，加上磷酸铁锂在客车市场的主导地位，以及后期在储能市场的应用，市场空间依然广阔。

然而，磷酸铁锂具有较低的电子电导率与锂离子迁移率，严重影响电化学性能，制约其在商业锂离子电池的应用。目前，主要有两种方法提高其电子导电率：（1）将磷酸铁锂与高导电剂复合来增加电子电导率，通过碳包覆提高材料的电化学性能。（2）增加磷酸铁锂的内在电导率，如对材料进行金属阳离子掺杂，对晶体中的Li⁺位或Fe²⁺位替换，增强晶体结构，提高电子传导速率。

发明内容

为解决磷酸铁锂低电子电导率、低锂离子迁移率的不足，本发明提出一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法，锌是一种质子数与铁元素相近的过渡金属，通过超声分散、湿法球磨、微波处理、高温固相烧结及二次颗粒成型来制备表面碳包覆和锌金属离子掺杂的LiFe_0.9M_0.1PO₄(M=Zn)。

本发明提供的一种锌掺杂磷酸铁锂/碳复合材料及制备方法包括下述步骤：

（1）以磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖、乙酸锌为原料，以去离子水为分散剂形成浆料，浆料搅拌处理后进行超声分散；

（2）将分散均匀的浆料置于玛瑙罐中，在行星式球磨机上湿法球磨处理，球磨后的浆料进行微波处理；

（3）微波处理后的浆液通过喷雾干燥机干燥后得到半成品粉末，半成品粉末在球磨罐干磨处理，进行一次粉碎；

（4）一次粉碎颗粒在保护气氛下进行高温煅烧处理后进行二次粉碎后制得磷酸铁锂。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为0.5-1h，超声分散设置频率为60-80kHz，超声时间为1-2h。

作为一种优选方案，所述步骤（2）中球磨处理的球料比为10:1，转速为800 -1000r/min，球磨时间为6-8h；微波处理功率为300-500W，微波处理时间为2-3h。

作为一种优选方案，所述步骤（3）中喷雾干燥机干燥温度为250～300℃，球磨处理转速为800-1000 r/min，球磨时间为2-3h。

作为一种优选方案，所述步骤（4）中保护气氛为氮气或者氩气，烧结温度为700-800℃，烧结时长为7-10h。

本发明具有以下有益效果：

（1）选用磷酸铁为原料，磷酸铁作为磷酸铁锂电化学脱锂后的产物，与磷酸铁锂同属斜方晶系，可同时提供铁源和磷源，制备的磷酸铁锂产品一致性好、压实密度高、循环性能和倍率性能等电化学性能优异；