[发明专利]污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：1)将污泥和生物质干燥后混合，在通入保护性气体的条件下进行热解炭化，酸洗，得到污泥/生物质共热解焦炭；2)采用所述的污泥/生物质共热解焦炭和LiFePO₄前驱体溶液制成溶胶，干燥后煅烧，得到污泥/生物质共热解焦炭包覆的正极材料。本发明的方法可以使污泥/生物质共热解焦炭包覆LiFePO₄后大幅提高正极材料的导电性和离子扩散速率，可实现快速充放电，改善极化现象，所得电池具有优异的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及新能源领域，涉及一种污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

具有较高工作电压、自放电效率低、无记忆效应等优点的锂离子电池是现如今最炙手可热的的环保绿色的化学储能装置。正极材料是决定锂电池性能优劣的重要组成，优秀的锂电池正极材料应具有以下几个特点：(1)不与电解质发生电化学反应；(2)理论比容量高；(3)工作电压高。磷酸铁锂(LiFePO₄)有着橄榄石型结构，因此在具有以上特点的同时还具有热稳定性佳、循环性能优良的优势，且原料来源广，成本较低，于是成为最有前途的锂电池正极材料之一。

但LiFePO₄的导电性较差，难以实现快速充放电；且锂离子扩散速率较低，极化现象严重，直接影响到电池的倍率性能。为提高LiFePO₄的利用范围，目前研究多用导电剂包覆或掺杂金属离子改善其本征导电性；通过制备纳米级LiFePO₄缩短锂离子扩散路径从而提高其本征离子扩散能力。

现有的导电剂包覆手段确实可以有效地提高LiFePO₄的导电性，但在离子扩散能力方面提升不高。近年来发现的石墨烯材料因其片层结构具有较高的比表面积，可以为离子扩散提供足够的通道。但其制备过程复杂，生产成本较高。

我国生物质、固废资源丰富，除少量资源应用于农业、水产外，大部分作燃料使用，直接燃烧供能效率低下，燃烧所产生的的NO_X、SO_X等气体对环境污染严重。

CN108033447A公开了一种多孔生物质碳、制备方法并用于锂离子电池负极，其制备方法包括：将秸秆与氯化钙溶液混合后静置12小时～24小时得到混合物，其中所述秸秆与所述氯化钙溶液中的氯化钙的质量比为1:1.5～1:3；将所述混合物进行干燥处理后在300℃～350℃下低温碳化处理2小时～3小时得到低温碳化物；将所述低温碳化物加热至500℃～700℃进行高温活化处理1小时～3小时得到预产物；及将所述预产物使用无机强酸浸泡12小时～24小时，再用70℃～80℃的水洗涤至中性得到多孔生物质碳。上述多孔生物质碳的制备方法制备的多孔生物质碳用于负极能提高锂离子电池充放电比容量和循环稳定性。

CN110835107A公开了一种生物质多孔碳材料，通过干燥、粉碎、碳化、活化、酸洗和深冷等步骤制备的。制备的生物质多孔材料结构稳定，性能优异，有效解决了现有碳材料容量低、生产工艺复杂、成本高等缺陷，可用于合成锂离子电池负极。

但是，上述生物质碳材料多用作电池负极材料，如何利用生物质开发一种对环境友好、具有良好的倍率性能和循环性能的锂电池正极材料，对于电池领域的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料及其制备方法和应用。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将污泥和生物质干燥后混合，在通入保护性气体的条件下进行热解炭化，酸洗，得到污泥/生物质共热解焦炭；