【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池正极材料领域，更具体地，涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、作为当前综合性能最优异的二次电池代表，锂离子电池的商业化最早可以追溯到20世纪90年代，经过多年的研究锂离子电池已经具有成熟的电池技术路线。锂离子二次电池具有高能量密度、优良的循环性能等优点，被认为是理想的高容量大功率电池，广泛应用与便携式电器、军事装备等领域，也可作用于电动汽车和混合电动汽车的动力电池。磷酸铁锂(lifepo4)具有橄榄石结构，能够可逆地嵌脱锂，且具有比容量高、循环性能好、电化学性能稳定、价格低廉等特点，是首选的新一代绿色正极材料，特别是作为动力锂离子电池材料。
2、但是，目前磷酸铁锂正极材料有以下缺点：电子电导率和li+扩散系数低容易导致材料实际可逆容量的偏低，影响大电流充放电能力和降低电池的低温性能；在制备过程中，fe2+在高温下极易被氧化为fe3+化合物杂质，对磷酸铁锂电化学性能有不良影响。而且，磷酸铁锂材料的理论密度和实际堆积密度比钴酸锂、锰酸锂、三元镍钴锰酸锂等材料低得多，导致磷酸铁锂材料在电池中的填充量相对较少，从而降低了电池的能量密度。
3、目前，合成磷酸铁锂的方法主要有高温固相反应法、溶胶-凝胶法、水热法和化学插锂法，上述现有的合成方法中，高温固相法合成的磷酸铁锂粒径较大，电化学性能不够理想，水热法虽然可以控制粒径，但工业化生产的难度较大，溶胶-凝胶法和化学插锂法合成的磷酸铁锂性能较理想，但其制备工艺较复杂，生产周期较长，生产成本也较高。
1、鉴于以上内容，本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法。本专利技术提供的磷酸铁锂正极材料的结构稳定、理论比容量较高，耐腐蚀性好，具有良好电化学性能、倍率性能和稳定性。同时该制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。
2、为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料包括内部核层及外部包覆层，所述内部核层为掺杂金属元素羟基磷酸铁，其化学结构式为：[fexmy(po4)](oh)，其中m为金属元素，0≤x≤1,0≤y≤1-x，所述外层包覆层为导电高分子。
3、优选地，所述金属元素m为钛(ti)、镍(ni)、钒(v)、钴(co)、钨(w)、铝(al)中的一种，所述导电高分子选自聚乙炔(pa)、聚噻吩(pt)、聚亚苯基(pph)、聚苯乙炔(ppa)、聚苯胺(pani)、聚苯硫醚(pps)、聚吡咯(ppy)、聚哇啉(ppq)、聚3，4-乙烯二氧噻吩(pedot)中的一种或多种。
4、第二方面，本专利技术实施例提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：将适量铁源加入水中溶解，再加入饱和金属盐溶液并搅拌混匀，得到澄清溶液；依次向澄清溶液中加入磷酸及过量氧化剂，氧化一段时间后加入磷酸二氢铵和十二烷基苯磺酸钠，再次搅拌后得到混合溶液；向混合溶液中加入氨水溶液调节ph值，然后将反应物密封在高压釜中加热，然后缓慢冷却至室温，再经过滤、洗涤、干燥后，得到掺杂金属元素羟基磷酸铁；将导电高分子单体和所述掺杂金属元素羟基磷酸铁按照一定比例加入到水中，超声分散并搅拌得到浊液，并保持一定温度；将引发剂加入到浊液中，继续搅拌反应一段时间得到沉淀物，将所得沉淀物离心、洗涤、干燥后，得到导电高分子包覆的掺杂金属元素羟基磷酸铁的磷酸铁锂正极材料。
5、优选地，溶解温度控制在50-60℃之间，搅拌转速为300-400rpm，搅拌时间为25-30min。
6、优选地，所述铁源为硫酸亚铁、含水硫酸亚铁、硝酸亚铁及氯化亚铁中的一种或多种；所述饱和金属盐溶液为钛盐溶液、镍盐溶液、钒盐溶液、钴盐溶液、钨盐溶液、铝盐溶液。
7、优选地，所述氧化剂为双氧水，氧化时间为1.5-2.0h；搅拌温度为室温，搅拌转速为350rpm，搅拌时间为10-20min。
8、优选地，在所述步骤s3中，加入氨水溶液调节ph值至2.3-2.7，加热温度为150-200℃，加热时间为24h，洗涤溶剂为无水乙醇。
9、优选地，所述导电高分子单体和掺杂金属元素羟基磷酸铁的加入质量比为1：1，所述保持一定温度为60-70℃，所述导电高分子单体为乙炔、噻吩、亚苯基、苯乙炔、苯胺、苯硫醚、吡咯、哇啉、3，4-乙烯二氧噻吩中的一种或多种。
10、优选地，搅拌反应时间为12-14h，洗涤溶剂为无水乙醇，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵中的一种或多种。
11、第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括了上述第一方面提供的磷酸铁锂正极材料。
12、本专利技术实施例提供的磷酸铁锂正极材料以掺杂金属元素羟基磷酸铁为内核，并在其外层包覆有导电高分子，其结构稳定、理论比容量高，耐腐蚀性好，采用本专利技术所述磷酸铁锂正极材料制备的锂离子电池具有良好电化学性能、倍率性能和稳定性。并且，本制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。
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1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料包括内部核层及外部包覆层，所述内部核层为掺杂金属元素羟基磷酸铁，其化学结构式为：[FexMy(PO4)](OH)，其中M为金属元素，0≤x≤1,0≤y≤1-x，所述外层包覆层为导电高分子。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述金属元素M为钛(Ti)、镍(Ni)、钒(V)、钴(Co)、钨(W)、铝(Al)中的一种，所述导电高分子选自聚乙炔(PA)、聚噻吩(PT)、聚亚苯基(PPH)、聚苯乙炔(PPA)、聚苯胺(PANI)、聚苯硫醚(PPS)、聚吡咯(PPy)、聚哇啉(PPQ)、聚3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)中的一种或多种。
3.一种制备如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，溶解温度控制在50-60℃之间，搅拌转速为300-400rpm，搅拌时间为25-30min。
5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在
6.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述氧化剂为双氧水，氧化时间为1.5-2.0h；搅拌温度为室温，搅拌转速为350rpm，搅拌时间为10-20min。
7.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，加入氨水溶液调节pH值至2.3-2.7，加热温度为150-200℃，加热时间为24h，洗涤溶剂为无水乙醇。
8.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述导电高分子单体和掺杂金属元素羟基磷酸铁的加入质量比为1：1，所述保持一定温度为60-70℃，所述导电高分子单体为乙炔、噻吩、亚苯基、苯乙炔、苯胺、苯硫醚、吡咯、哇啉、3，4-乙烯二氧噻吩中的一种或多种。
9.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，搅拌反应时间为12-14h，洗涤溶剂为无水乙醇，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵中的一种或多种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括了如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料包括内部核层及外部包覆层，所述内部核层为掺杂金属元素羟基磷酸铁，其化学结构式为：[fexmy(po4)](oh)，其中m为金属元素，0≤x≤1,0≤y≤1-x，所述外层包覆层为导电高分子。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述金属元素m为钛(ti)、镍(ni)、钒(v)、钴(co)、钨(w)、铝(al)中的一种，所述导电高分子选自聚乙炔(pa)、聚噻吩(pt)、聚亚苯基(pph)、聚苯乙炔(ppa)、聚苯胺(pani)、聚苯硫醚(pps)、聚吡咯(ppy)、聚哇啉(ppq)、聚3，4-乙烯二氧噻吩(pedot)中的一种或多种。
3.一种制备如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，溶解温度控制在50-60℃之间，搅拌转速为300-400rpm，搅拌时间为25-30min。
5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述铁源为硫酸亚铁、含水硫酸亚铁、硝酸亚铁及氯化亚铁中的一种或多种；所述饱和...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇，林平均，林硕，孙杰，何中林，
申请(专利权)人：湖北融通高科先进材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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