一种铝氟共掺杂改性的复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铝氟共掺杂改性的复合材料，由包括锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源的物料制备得到。本发明专利技术采用铝和氟共掺杂改性得到复合材料，在掺杂改性过程中，在铝和氟的共同作用下，能够提高材料中锂离子扩散的活性位点，同时提高材料的电子传输速率，使材料具有良好的倍率性能和循环性能。本发明专利技术还提供了一种铝氟共掺杂改性的复合材料的制备方法、一种电池正极材料以及一种锂离子电池。

Aluminum fluoride Co doped composite material and preparation method and application thereof

The present invention provides a kind of Al - fluorine co - doped composite material, which is prepared by the materials including lithium source, iron source, phosphorus source, organic carbon source, aluminum source and fluorine source. The co doping of aluminum and fluorine is used to obtain the composite. In the process of doping modification, the active site of lithium ion diffusion in the material can be improved under the joint action of aluminum and fluorine, and the electronic transmission rate of the material is improved, and the material has good multiplier performance and cycle performance. The invention also provides a preparation method of aluminum fluoride Co doped composite material, a battery cathode material and a lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种铝氟共掺杂改性的复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及离子电池
，尤其涉及一种铝氟共掺杂改性的复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备上，如手机、笔记本电脑、相机、平板电脑等领域，并且逐渐向电动工具，如电动自行车、电动汽车等新兴领域发展。锂离子电池具有工作电压高、比能量大、质量比较轻、自放电低、无记忆效应、较长循环寿命和环境友好等优势。然而，锂离子电池作为动力电池仍然面临着新的挑战，比如安全问题，能量密度，功率密度等问题，特别是应用于电动汽车动力电池和储能装置对锂离子电池提出了更高的要求。因此，开发出新型更高比容量和能量密度的电极材料是发展高能量密度和功率密度的锂离子电池的重要因素。锂离子电池正极材料直接影响到电池性能的优劣。新能源汽车快速发展，对作为动力电池的锂离子电池的能量密度、功率密度和安全性能提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池正极材料为LiCoO2和三元材料，尖晶石结构的LiMn2O4安全性能较差，橄榄石型结构的LiFePO4具有170mAh/g容量、长循环稳定性和高安全性，并且价格低廉，环境友好，原材料来源丰富，适合大规模工业生产。但是橄榄石型结构的LiFePO4的倍率性能和循环性能较差，严重阻碍了其进一步发展。因此，提高橄榄石型结构的LiFePO4电极材料的倍率性能和循环性能成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铝氟共掺杂改性的复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的复合材料具有良好的倍率性能和循环性能。本专利技术提供了一种铝氟共掺杂改的复合材料，可用式I进行表示：LiFe1-xAlxPO4-yFy/C式I在本专利技术中，式I表示Al和F掺杂的含碳的LiFePO4，x表示Al在所述铝氟共掺杂改性的复合材料中的掺杂的摩尔比例，x优选为0.01～0.3，更优选为0.05～0.25，最优选为0.1～0.2；y表示F在所述铝氟共掺杂改性的复合材料中的掺杂摩尔比例，y优选为0.01～0.1，更优选为0.02～0.08，最优选为0.04～0.06。本专利技术提供了一种铝氟共掺杂改性的复合材料，由包括锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源的物料制备得到。在本专利技术中，所述锂源、铁源和磷源的比例优选按照橄榄石型结构LiFePO4正极材料的化学式所示的摩尔比例进行配比，所述锂源、铁源和磷源的摩尔比优选为1：1：1。在本专利技术中，所述有机碳源和铁源的摩尔比优选为(1～5):1，更优选为(2～4):1，最优选为3:1；所述铝源和铁源的摩尔比优选为(0.01～0.3):1，更优选为(0.05～0.25):1，最优选为(0.1～0.2):1；所述氟源和磷源的摩尔比优选为(0.01～0.1):1，更优选为(0.02～0.08):1，最优选为(0.03～0.06):1。在本专利技术中，C(碳)在所述铝氟共掺杂改性的复合材料中的质量含量优选为0.5～15％，更优选为1～12％，更优选为4～10％，最优选为6～8％。在本专利技术中，所述锂源优选为磷酸二氢锂、醋酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或几种；所述铁源优选为草酸亚铁、硫酸铁、硝酸铁和羟基氧化铁中的一种或几种；所述磷源优选为磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢钠和磷酸钠中的一种或几种；所述有机碳源优选为甘氨酸、柠檬酸、蔗糖、淀粉、葡萄糖和木薯粉中的一种或几种；所述铝源优选为氧化铝，更优选为纳米氧化铝，硝酸铝、硫酸铝和氢氧化铝中的一种或几种；所述氟源优选为聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化锂、氟化钠和氟化铵中的一种或几种。本专利技术优选采用高温固相法制备上述铝氟共掺杂改的复合材料。在本专利技术中，所述铝氟共掺杂改性的复合材料的制备方法包括以下步骤：1)将锂源、铁源和磷源混合，得到第一混合物；2)将有机碳源与所述第一混合物混合，得到第二混合物；3)将铝源与所述第二混合物混合，得到第三混合物；4)将氟源与所述第三混合物混合，得到第四混合物；5)将所述第四混合物进行加热处理，得到铝氟共掺杂改性的复合材料。在本专利技术中，所述锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源的用量比例以及具体的种类与上述技术方案所述的锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述步骤1)中混合的方法优选为球磨混合，优选在球磨罐中进行球磨混合，本专利技术优选将原材料(锂源、铁源和磷源)加入球磨罐，向球磨罐中加入水和玛瑙珠子进行球磨混合；所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述水的用量优选为原材料质量(锂源、铁源和磷源总质量)的20～80％，更优选为40～60％，最优选为50％；所述原材料质量(锂源、铁源和磷源总质量)和玛瑙珠子的质量比优选为1:(1～10)，更优选为1:(2～8)，最优选为1:(3～6)。在本专利技术中，得到第四混合物后优选将所述第四混合物依次进行球磨、干燥和破碎，然后再进行加热处理。在本专利技术中，所述球磨的转速优选为300～800rpm/min，更优选为400～700rpm/min，最优选为500～600rpm/min；所述球磨的时间优选为1～15小时，更优选为3～12小时，最优选为5～10小时；所述球磨后优选得到均匀浆料物质。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为80～150℃，更优选为90～130℃，最优选为100～120℃；所述干燥的时间优选为12～20小时，更优选为14～16小时；所述干燥优选在干燥箱中进行。在本专利技术中，所述破碎的方法优选为球磨破碎。在本专利技术中，所述加热处理的方法优选为：以1～5℃/min的升温速率从第一温度升温至第二温度后保温，然后自然冷却至室温，得到铝氟共掺杂改性的复合材料。在本专利技术中，所述升温速率优选为2～4℃/min，更优选为3℃/min；所述第一温度优选为20～30℃，更优选为25℃；所述第二温度优选为550～950℃，更优选为600～900℃，最优选为700～800℃；所述保温的时间优选为8～24小时，更优选为12～20小时，最优选为14～16小时。在本专利技术中，所述加热处理优选在惰性气体存在下进行，所述惰性气体优选为氮气和氩气中的一种或两种。本专利技术提供了一种电池正极材料，包括上述技术方案所述的铝氟共掺杂改性的复合材料。本专利技术提供的铝氟共掺杂改性的复合材料具有良好的倍率性能和循环性能，可作为电池正极材料使用。本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极材料为上述技术方案所述的电池正极材料，或者上述技术方案所述的铝氟共掺杂改性的复合材料。本专利技术中的电池正极材料具有良好的倍率性能和循环性能，将其应用于锂离子电池，能够使锂离子电池具有良好的电化学性能。本专利技术对所述锂离子电池的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的将正极材料制备成锂离子电池的技术方案进行制备即可。在本专利技术中，所述锂离子电池的制备方法优选为：将上述铝氟共掺杂改性的复合材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合，得到正极浆料；将所述正极浆料涂覆在铝箔表面后干燥，得到正极片；以所述正极片为正极、金属锂片为负极、聚丙烯为隔膜、LiPF6为电解液进行电池组装，得到锂离子电池。在本专利技术中，所述铝氟共掺杂改性的复合材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比优选为95:5:5；所述电池组装优选在充满氩气的手套箱中进行。与现有技术相比，本专利技术采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝氟共掺杂改性的复合材料，由包括锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源的物料制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种铝氟共掺杂改性的复合材料，由包括锂源、铁源、磷源、有机碳源、铝源和氟源的物料制备得到。2.根据权利要求1所述的铝氟共掺杂改性的复合材料，其特征在于，所述铁源和碳源的摩尔比为1:(1～5)；所述铁源和铝源的摩尔比为1:(0.01～0.3)；所述磷源和氟源的摩尔比为1:(0.01～0.1)。3.根据权利要求1所述的铝氟共掺杂改性的复合材料，其特征在于，所述锂源为磷酸二氢锂、醋酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的铝氟共掺杂改性的复合材料，其特征在于，所述铁源为草酸亚铁、硫酸铁、硝酸铁和羟基氧化铁中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的铝氟共掺杂改性的复合材料，其特征在于，所述磷源为磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢钠和磷酸钠中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的铝氟共...

【专利技术属性】
技术研发人员：何苗，冯叶锋，王成民，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44