[发明专利]一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂及制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂及制备方法和应用。包括由内至外具有多壳层结构，相邻壳层结构之间具有空腔结构，壳层结构包括磷酸铁锂‑碳微球壳层和碳包覆层，磷酸铁锂‑碳微球壳层附着在碳包覆层的内表面，磷酸铁锂‑碳微球壳层中包括碳微球壳层和附着的磷酸铁锂。制备方法为：以蔗糖为碳源通过喷雾干燥的方法制备多孔中空多壳层结构碳微球；与锂源、磷盐反应，烧结得到中空多壳层磷酸锂‑碳微球壳层；再与铁盐混合水热反应得到中空多壳层球形磷酸铁锂‑碳微球壳层。解决了磷酸铁锂存在电导率低和离子迁移速率低的问题，并且在大倍率放电条件下，电化学极化效应大的问题，使磷酸铁锂的应用更加广泛。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂及制备方法和应用。

背景技术

锂离子动力电池主要包括磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料的镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂三种类型。由于磷酸铁锂具有正交的橄榄石结构，在一定程度上阻碍了锂离子的扩散运动，这就导致磷酸铁锂存在电子电导率低和离子迁移速率低的问题，并且在大倍率放电条件下，电化学极化效应大，这些问题的存在严重阻碍磷酸铁锂在市场上的应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂及制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂，包括由内至外具有多壳层结构，相邻壳层结构之间具有空腔结构，壳层结构包括磷酸铁锂-碳微球壳层和碳包覆层，最内层的壳层结构的内侧为空腔结构，磷酸铁锂-碳微球壳层附着在碳包覆层的内表面，磷酸铁锂-碳微球壳层中包括碳微球壳层和附着的磷酸铁锂。

本发明中的球型磷酸铁锂具有特殊的结构和形貌特点，中空多壳层结构的碳微球为磷酸铁锂的特殊结构提供模板，碳包覆磷酸铁锂，使得到的磷酸铁锂具有中空、多壳层结构，结构的改善和比表面积的增大，层间距离的增大，减少锂离子迁移的阻力，增加其与电解液的接触面积，促进锂离子的传导，从而提升其导电性能；有利于提高磷酸铁锂的低温性能，使磷酸铁锂的低温导电性能提高。

在本发明的一些实施方式中，磷酸铁锂-碳微球壳层中，磷酸铁锂碳附着在微球壳层的外表面、内表面和孔隙结构中。

在本发明的一些实施方式中，磷酸铁锂-碳微球壳层和碳包覆层具有多孔的结构。

在本发明的一些实施方式中，磷酸铁锂-碳微球壳层的多孔结构为介孔和大孔的结构。

在本发明的一些实施方式中，碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂具有多孔的双壳层的结构。

第二方面，一种碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂的制备方法，所述方法为：

1)以蔗糖为碳源通过喷雾干燥的方法制备得到前驱体微球，然后将前驱体微球焙烧，碳化后得到中空多壳层碳微球结构；

2)中空多壳层的碳微球和锂源、磷盐加入到溶剂中反应，得到中空多壳层磷酸锂-碳微球壳层；

3)将中空多壳层磷酸锂-碳微球壳层和铁盐混合，水热反应生成中空多壳层球形磷酸铁锂-碳微球壳层，然后在柠檬酸溶液中反应后再在惰性气氛下高温焙烧最终得到碳包覆中空多壳层球形磷酸铁锂。

在本发明的一些实施方式中，步骤1)中蔗糖制备中空多壳层的碳微球的方法为：蔗糖溶液通过喷雾干燥及焙烧的方法制备中空多壳层的碳微球；进一步喷雾干燥的温度为150-200℃。本发明利用喷雾干燥的方法将蔗糖溶液以液滴的形式进行喷雾干燥得到前驱体碳微球，蔗糖在受热之后收缩形成中空多壳层的结构，有利于对磷酸铁锂进行结构和形貌的控制。

在本发明的一些实施方式中，步骤1)中空多壳层的碳微球通过在惰性气氛下在管式烧结炉中进行碳化，碳化后得到多孔中空多壳层结构碳微球。惰性气氛下进行碳化，有利于形成多孔的碳微球结构。