[发明专利]一种碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及锂离子电池电极材料制备技术领域，具体而言，涉及一种碳包覆纳米级磷酸铁锂的方法和用途，包括以下步骤：(a)、水热法合成纳米磷酸铁锂材料；(b)、将步骤(a)得到的纳米磷酸铁锂材料与碳源混合后，干法研磨，再进行热处理，得到碳包覆磷酸铁锂复合材料；其中，所述碳源包括有机碳源和无机碳源，所述纳米磷酸铁锂材料、所述有机碳源和所述无机碳源的质量比为100：0.1‑10：0.001‑2。本发明所提供的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，通过无机碳源和有机碳源相结合的方式，以减少纳米级磷酸铁锂包覆碳材料时碳的使用量。并且，采用干法研磨的方法，不需要使用有机溶剂，减少了工艺流程，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料制备技术领域，具体而言，涉及一种碳包覆纳米级磷酸铁锂的方法和用途。

背景技术

锂离子电池主要包含正极、电解质和负极三个部分。其中，锂离子电池正极材料是决定电池电化学性能、安全性能、能量密度以及价格成本的关键因素。目前，锂离子电池正极材料有很多，比如钴系正极材料、镍系正极材料、锰系正极材料、磷酸铁锂正极材料等。

其中，磷酸铁锂正极材料的理论容量为170mAh/g，可逆充放电比容量较高，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的动力形和储能形锂离子电池正极材料。但是，由于自身结构的限制，磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。

纳米级磷酸铁锂的应用，同样受到上述限制。并且，纳米级磷酸铁锂的比表面积更大，需要包覆的碳材料更多。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，该方法通过无机碳源和有机碳源相结合的方式，以减少纳米级磷酸铁锂包覆碳材料时碳的使用量。

本发明的第二目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂复合材料，该材料具有较少的碳包覆量，在提高导电性的前提下，同时提高了材料的放电容量。

本发明的第三目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂复合材料在制备锂离子电池正极中的用途。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)、水热法合成纳米磷酸铁锂材料；

(b)、将步骤(a)得到的纳米磷酸铁锂材料与碳源混合后，干法研磨，再进行热处理，得到碳包覆磷酸铁锂复合材料；

其中，所述碳源包括有机碳源和无机碳源，所述纳米磷酸铁锂材料、所述有机碳源和所述无机碳源的质量比为100：0.1-10：0.001-2，例如100:0.1:0.001、100:10:2、100:0.1:2、100:10:0.001、100:5:0.05、100:3:1。

本发明中，采用水热法合成纳米磷酸铁锂材料具有较好的晶体结构，但是其导电性较差。通过有机碳源和无机碳源联合包覆纳米磷酸铁锂材料，并进行干法研磨后，可以有效降低包覆后得到的复合材料中的碳含量。与现有技术中，通过有机碳源热裂解进行包覆的方式相比，可以降低至1％的碳包覆量。

在本发明一些优选的实施方式中，在步骤(a)中，所述水热法合成纳米磷酸铁锂材料，具体包括以下步骤：

将磷酸锂、硫酸亚铁和葡萄糖溶液进行混合，加热进行水热反应，得到所述纳米磷酸铁锂材料。

优先地，所述葡萄糖溶液为葡萄糖的水溶液，所述葡萄糖的水溶液的质量浓度为0.001％-10％，例如0.001％、0.005％、0.01％、0.05％、1％、3％、5％、7％、10％，葡萄糖溶液的主要作用是为水热法反应提供反应环境。