[发明专利]一种原位碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种原位碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过多相界面反应器，在表面活性剂的作用下，得到分散性好的纳米磷酸铁锂前驱体；将磷酸铁锂前驱体浆料陈化，在惰性气体保护下，溶剂热反应，得到磷酸铁锂浆料；将磷酸铁锂浆料进行固液分离，洗涤，得到磷酸铁锂滤饼，将该滤饼置于真空烘箱中烘干，得到纳米磷酸铁锂；将纳米磷酸铁锂置于管式炉中，于一定的温度下保温数小时，通过焙烧得到原位碳包覆纳米磷酸铁锂。采用本发明的方法制备的纳米磷酸铁锂的粒度分布均匀、粒径较小，缩短了锂离子的扩散路径，使纳米磷酸铁锂具有更优的倍率性能、储锂性能等。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种原位碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深，环保意识逐渐增强，环保低碳的动力电池行业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能以及适中的制造成本成为动力电池的主流发展方向之一。在各类锂离子电池正极材料中，磷酸铁锂具有较高的安全稳定性、较长的循环寿命、相对较低的成本优势，且对环境友好，从而成为低成本锂离子电池最有发展前途的正极材料。高温固相法是磷酸铁锂合成工艺中最传统的制备方法，但是该方法反应过程难以控制，产物粒径较大，易团聚，形貌不规则，且批次一致性差。相比于高温固相法，水热法合成的磷酸铁锂形貌可控，均一性好，粒径相对较小，利于磷酸铁锂的电化学性能的提升。中国专利CN103400984公开了一种制备磷酸铁锂正极材料可控晶格发育的水热合成方法，通过控制水热反应的升、降温速率，来得到结晶度高、粒径较小的磷酸铁锂。该方法中，前期的原料混合为分步进行，无法保证其水热前驱体的均匀性，影响了后续磷酸铁锂的生成，且该方法制备的磷酸铁锂粒径为0.5μm左右，为片状，粒径较大不利于锂离子的扩散，同时，片状磷酸铁锂会降低其储锂容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位碳包覆纳米磷酸铁锂的制备方法，解决现有技术中磷酸铁锂正极材料锂离子扩散速率慢、电子导电性差、倍率性能差和储锂容量低等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种原位碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1. 配置一定浓度铁源溶液、锂源溶液、磷源溶液、表面活性剂溶液，将上述几种溶液连续并流输送至多相界面反应器中进行沉淀反应，锂、铁、磷的摩尔比为Li：Fe：P=2-3.5:1:1-1.5，表面活性剂物质的量为铁源物质的量0.05%-0.5%，铁源浓度为0.1-1 mol/L，在惰性气体保护下, 反应温度5-80℃，pH为6-10 ，搅拌转速为3000-5000rpm，溶液流量为50-300mL/min,反应得到蓝灰色磷酸铁锂前驱体浆料；

S2.将磷酸铁锂前驱体浆料陈化0.5-4小时，之后取部分浆料加入不锈钢反应釜中，加入一定量溶剂，在一定的搅拌速度下，在惰性气体的保护下于180-300℃保温2-6小时进行溶剂热反应，得到磷酸铁锂浆料；

S3. 将磷酸铁锂浆料进行固液分离，采用乙醇和水交替洗涤多次，将洗涤干净的磷酸铁锂滤饼置于真空烘箱中烘干，得到纳米磷酸铁锂;

S4.将纳米磷酸铁锂置于管式炉中，于一定的温度下保温数小时，通过焙烧得到原位碳包覆纳米磷酸铁锂。

优选的，S1中，所述铁源为亚铁盐、硫酸亚铁、草酸亚铁、醋酸亚铁或硫酸亚铁铵中的一种或多种的组合。

优选的，S1中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的一种或两种的组合。

优选的，S1中，所述磷源为磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钠中的一种或多种的组合。

优选的，S1中，所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种的组合。

优选的，S1中，惰性气体为氮气。

优选的，S2中，所述溶剂为水、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或两种的组合。