一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用，所述磷酸铁锂复合材料包括含有异相掺杂物质的磷酸铁锂；所述异相掺杂物质为硼酸铁锂；所述磷酸铁锂外包覆有碳。本申请所提供的磷酸铁锂复合材料，采用硼酸铁锂掺杂磷酸铁锂，在改善磷酸铁锂正极材料低温放电性能差问题的同时，不会对磷酸铁锂材料在充放电过程中结构稳定性造成明显的影响。本申请采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和应用，属于电池材料


技术介绍

[0002]动力锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料的性能。在已研发正极材料中，磷酸盐型化合物(Li
y
M
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(PO4)
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)由于具有很好的安全性和良好的嵌/脱锂性质，成为最具市场前景的动力锂离子电池的正极材料。其中以LiFePO4材料最受关注，也是人们研究的热点。LiFePO4材料具有原材料资源丰富、环境友好、循环寿命长、安全性能优异等优点，但是固有的低电子电导率和锂离子电导率使得其存在放电电压低、大电流充放电性能差、低温充放电困难等问题，限制了LiFePO4材料获得更广泛的应用。
[0003]目前对于LiFePO4的改性主要集中在：1、高导电剂包覆，通过碳包覆、导电金属颗粒以及金属氧化物来提升磷酸铁锂材料；2、离子掺杂，通过阳离子掺杂、阴离子掺杂、阴阳离子复掺等手段来提高磷酸铁锂材料本征的电导率；3、工艺优化，通过改善砂磨、喷雾、烧结等工艺过程来改善磷酸铁锂的形貌和粒度，进而改善磷酸铁锂的电化学性能。
[0004]目前关于异相掺杂磷酸铁锂的报道并不多，通过异质结构的掺杂也可有效的提升磷酸铁锂的电化学性能。同为磷酸盐正极材料的磷酸钒锂(三维锂离子通道)的低温性要优于磷酸铁锂。磷酸钒锂及其与磷酸铁锂复合材料制备和电化学性能研究(哈尔滨工业大学，陈振宇)，公开了通过固相烧结反应法制备磷酸钒锂掺杂磷酸铁锂正极材料，磷酸钒锂掺杂在一定程度上改善了磷酸铁锂在低温放电性能，但是所采用的高温固相法合成的材料均匀性差、粒度偏大大、碳包覆不均匀，导致复合后磷酸铁锂的放电容量有所降低；其次磷酸钒锂本身存在多个放电平台，导致掺杂后磷酸铁锂也出现相应多个放电平台，多个放电平台会导致掺杂后的磷酸铁锂材料在充放电过程中会出现多相的转变，导致在充放电过程中材料结构稳定性会有所降低。
[0005]中国专利《一种碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料及其制备方法》(申请号CN201910358483.5，公开日2019年7月23日)，公开了通过固相法制备出碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合正极材料，硅酸铁锂掺杂磷酸铁锂使得磷酸铁锂放电曲线斜坡化，为精确测算磷酸铁锂电池的剩余电量SOC提供了一种简单快捷的方法。然而，硅酸铁锂的理论容量、放电平台电压和电子、离子电导率均低于磷酸铁锂，因此硅酸铁锂的掺杂会导致复核后的磷酸铁锂导电性变差，其次固相法固有的缺陷进一步限制了磷酸铁锂正极材料电性能的发挥。
[0006]现有技术均未良好解决磷酸铁锂正极材料低温导电性能低的问题。

技术实现思路

[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种磷酸铁锂复合材料，该复合材料用作锂电池正极，能够有效提高锂电池的低温导电性能。
[0008]所述磷酸铁锂复合材料包括含有异相掺杂物质的磷酸铁锂；
[0009]所述异相掺杂物质为硼酸铁锂；
[0010]所述磷酸铁锂外包覆有碳。
[0011]可选地，所述复合材料的微观尺寸为0.2～0.3μm；
[0012]所述复合材料中，含有异相掺杂物质的磷酸铁锂的含量为97.5～99wt％，碳的含量为1～2.5wt％；
[0013]其中，所述含有异相掺杂物质的磷酸铁锂中异相掺杂物质的含量为0.1～10wt％，磷酸铁锂的含量为90～99.9wt％。
[0014]根据本申请的又一个方面，提供了上述磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：
[0015]步骤1、将含有锂源、硼源、铁源、磷源、碳源、络合剂混合物，加热反应，得到前驱体凝胶；
[0016]步骤2、对所述前驱体凝胶进行干燥、烧结，得到所述磷酸铁锂复合材料。
[0017]可选地，所述锂源选自氢氧化锂LiOH、碳酸锂、草酸锂中的至少一种；
[0018]硼源选自硼酸H3BO3、硼酸盐、氧化硼中的至少一种；
[0019]铁源选自磷酸铁FePO4、草酸亚铁中的至少一种；
[0020]磷源选自磷酸铁FePO4、磷酸二氢铵中的至少一种；
[0021]碳源选自葡萄糖、碳纳米管中的至少一种；
[0022]络合剂选自柠檬酸、乙二铵四乙酸中的至少一种；
[0023]所述混合物中还包括溶剂；
[0024]所述溶剂选自水、乙二醇中的至少一种。
[0025]可选地，所述混合物中，锂元素、硼元素、铁元素、磷元素的摩尔比为0.95～1.0:0.01～0.1:0.95～1.05；
[0026]所述络合剂与锂源的摩尔比为3～4:0.95～1.0；
[0027]所述碳源的用量为混合物总质量的1.0～2.5％。
[0028]可选地，所述混合物中还包括分散剂；
[0029]所述分散剂包括聚乙二醇；
[0030]所述分散剂的用量为混合物总质量的5％
‑
10％。
[0031]具体地，分散剂的用量可独立选自为混合物总质量的5％、6％、7％、8％、9％、10％，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0032]可选地，所述加热反应的条件为：
[0033]加热反应温度60～90℃，加热反应时间10～20h；
[0034]所述干燥的条件为：
[0035]干燥温度70～80℃，干燥时间6～8h。
[0036]具体地，所述加热反应温度可独立选自60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0037]具体地，所述加热反应时间可独立选自10h、11h、12h、13h、15h、16h、17h、18h、19h、20h，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0038]具体地，所述干燥温度可独立选自70℃、72℃、75℃、77℃、80℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0039]具体地，所述干燥时间可独立选自6h、6.5h、7h、7.5h、8h，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0040]可选地，所述烧结包括预烧结和升温烧结；
[0041]所述预烧结的条件为：预烧结温度300～350℃，预烧结时间3～5h；
[0042]所述升温烧结的条件为：升温结温度700～800℃，预烧结时间6～8h；
[0043]优选地，所述升温烧结前，对预烧结产物进行球磨。
[0044]具体地，所述预烧结温度可独立选自300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0045]具体地，所述预烧结时间可独立选自3h、3.5h、4h、4.5h、5h，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0046]具体地，所述升温烧结温度可独立选自700℃、710℃、730℃、750℃、770℃、790℃、800℃，或者上述两个数值之间的任意点值。
[0047]具体地，所述升温烧结时间可独立本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述复合材料包括含有异相掺杂物质的磷酸铁锂；所述异相掺杂物质为硼酸铁锂；所述磷酸铁锂外包覆有碳。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的微观尺寸为0.2～0.3μm；所述复合材料中，含有异相掺杂物质的磷酸铁锂的含量为97.5～99wt％，碳的含量为1～2.5wt％；其中，所述含有异相掺杂物质的磷酸铁锂中异相掺杂物质的含量为0.1～10wt％，磷酸铁锂的含量为90～99.9wt％。3.权利要求1或2所述的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：步骤1、将含有锂源、硼源、铁源、磷源、碳源、络合剂混合物，加热反应，得到前驱体凝胶；步骤2、对所述前驱体凝胶进行干燥、烧结，得到所述磷酸铁锂复合材料。4.权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂中的至少一种；硼源选自硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种；铁源选自磷酸铁、草酸亚铁中的至少一种；磷源选自磷酸铁、磷酸二氢铵中的至少一种；碳源选自葡萄糖、碳纳米管中的至少一种；络合剂选自柠檬酸、乙二铵四乙酸中的至少一种；所述混合物中还包括溶剂；所述溶剂选自纯水、乙二醇中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇飞，梁小恵，王昊，王国冬，汪丰，
申请(专利权)人：陕西创普斯新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：