【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，特别是涉及一种改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法。
技术介绍
1、磷酸铁锂正极材料是公认的最安全的动力电池材料，因其充放电平台长、性质稳定、价格低廉、环境友好等众多优点成为最具潜力的锂电池正极材料,被广泛应用到便携式电子设备、汽车、船舶和储能在内的诸多领域。但由于其本身结构的限制，导致以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速率慢，在低温条件下放电性能较差，限制了磷酸铁锂的应用前景。因此，需要对磷酸铁锂材料进行改性来充分充分发挥其在电池领域的内在潜力。目前，对于磷酸锰锂的改性主要有：碳包覆，离子掺杂以及材料纳米化三种方法。
2、四氧化钒铋是一种新型的可见光催化剂，其本身没有毒性，带隙较窄，具有明亮的色泽腐蚀性，光催化等性能，在颜料和光催化降解等领域有着广泛的应用，其与三氟化硼胺常以涂抹的方式应用于光电材料中，以提升光电转化率，而关于两者四氧化钒铋结合三氟化硼胺应用于电池领域的文献鲜有报导。原因可能在于磷酸铁锂正极材料改性过程中采用的碳包覆，离子掺杂以及材料纳米化常规化工艺，与四氧化钒铋与三氟化硼胺应用于光电材料采用的工艺具有差异，导致制备的磷酸铁锂正极材料无法确保在发挥四氧化钒铋与三氟化硼胺的光催化优势的同时，保证磷酸铁锂正极材料其他必要性能的优越性。
3、传统的碳包覆技术是通过适量的碳层提高磷酸铁锂的性能，但添加的碳源易于导致形成颗粒间的聚集，从而导致锂离子扩散速率的减慢、电导率下降。现有的技术通过复合材料对磷酸铁锂表面改性解决这一问题。本专利技术拟通过改进碳
技术实现思路
1、为实现上述目的，本专利技术提供了一种改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
2、（1）前驱体的制备：取feso440~50份，h3po440~60份，改性纳米碳粉末125~168份，加入13~15份络合剂，再加入硫酸控制体系ph为1.5，在高压釜中加热至110~130℃，并在该温度下搅拌反应6~8h，得到前驱体浆料，将前驱体浆料固液分离，滤渣采用惰性气氛保护的烘箱干燥，得到前驱体；
3、（2）预混浆料：取lioh120~180份，将lioh与前驱体加入预混罐中，加入200~280份超纯水后进行搅拌和超声处理，搅拌速度为50～70rpm，超声波频率为20khz，搅拌和超声处理时间为10~20min，然后加入18~32份n-仲丁基邻苯二甲酰亚胺与22~47份硬脂酰肼，进行第二次搅拌和超声处理，搅拌速度为150～200rpm，超声波频率为100khz，搅拌和超声处理时间为80~100min；
4、（3）砂磨：采用砂磨机将浆料研磨至浆料粒径为0.15~0.2μm；
5、（4）真空喷雾干燥：利用真空喷雾干燥对砂磨后的浆料进行制粉，喷雾干燥温度为100～140℃，喷雾干燥的真空度为0.098～0.1mpa，控制干燥后的粉粒粒径为10~15um；
6、（5）烧结：采用辊道炉，在氮气氛围下650℃烧结5~7h，制备得到改性纳米碳包覆磷酸铁锂粉末，产生的气体进行无害化处理后排放；
7、（6）筛分除铁：对烧结后的磷酸铁锂材料进行筛分除铁至磁性物质含量<0.1ppm，得到改性纳米碳包覆磷酸铁锂成品。
8、进一步地，步骤（1）中，所述改性纳米碳粉末的制备：
9、取37~49份淀粉、11~17份四氧化钒铋、8~11份三氟化硼胺于反应釜中，加入120~150份无水乙醇，反应釜加热至80~90℃，以500~700rpm转速搅拌反应4~6h，反应结束后加入25~38份原竹粉末，反应釜加热至120~150℃，以1000~1200rpm转速搅拌反应6~12h，反应结束后过滤，固体产物用去离子水洗涤，于105℃干燥12~24h，得到改性纳米碳粉末。
10、进一步地，步骤（1）中，所述络合剂的制备：
11、取苯基聚氧乙烯磷酸胺盐43~59份、3-硝基苯磺酸钠14~20份、纳米氧化锌5~10份、超纯水250~300份，取苯基聚氧乙烯磷酸胺盐、3-硝基苯磺酸钠于反应釜中，加入超纯水，反应釜加热至30~50℃，以800~1400r/min的转速搅拌8~10h，加入纳米氧化锌，反应釜加热至100~120℃，以1600~2000r/min的转速搅拌3~6h，室温冷却即得。
12、进一步地，所述原竹粉末可采用的制备工艺为：
13、将原竹压至破裂然后切成5~150毫米长的方形或条形的原竹块，将其沿轴向撕开后放入烘箱中，在40~60℃条件下干燥8~12h，取烘干后的原竹块放入磨粉机中研磨至80目过筛，得到原竹粉末。
14、有益效果
15、（1）超声分散法是利用超声波的空化作用，通过高能高振荡降低磷酸铁锂的表面能，并在搅拌作用下，阻止颗粒团聚，实现颗粒的均匀分散。苯二甲酰亚胺在烧结过程中进行分解，产生气体，进一步提高了反应过程中颗粒的分散度，同时能够对颗粒表面的包覆层起到一定的引导生长和优化作用，提高包覆层的均匀性，本专利技术采用n-仲丁基邻苯二甲酰亚胺与硬脂酰肼取代苯二甲酰亚胺，在磷酸铁锂颗粒表面碳包覆的基础上进一步形成包覆型三维网状结构，进一步提高材料导电性，同时能够抑制制备过程中颗粒的团聚，使碳包覆结构均匀且完整，显著提高了磷酸铁锂正极材料的循环稳定性。
16、（2）以改性纳米碳粉末为碳源对lifepo4材料进行原位包覆，能够改变磷酸铁锂晶粒的大小，造成磷酸铁锂的晶格缺陷，提高制备的lifepo4的导电性。
17、（3）改性纳米碳粉末一方面利用碳源的碳化的作用抑制晶体的生长，缓解粒子的团聚现象，提高晶粒内电子的导电率，另一方面改性建立的包覆型三维网状结构减少了锂离子的扩散路径，进而达到提高lifepo4材料性能的目的。
18、（4）四氧化钒铋与三氟化硼胺改性后纳米碳粉末包覆在磷酸铁锂的表面，通过掺杂钒原子和铋原子，改变硼团簇在一定尺寸范围内的平面结构，产生了迥异于自由硼团簇的纳米结构，硼团簇周围的电子趋于离域化，有利于电子的转移，增强了改性纳米碳包覆磷酸铁锂颗粒的导电性。
19、（5）苯基聚氧乙烯磷酸胺盐作为fepo4成核助剂，控制fepo4形成均一的晶核结构，提高制备的lifepo4的导电性，3-硝基苯磺酸钠能够避免破坏制备的前驱体的片状构象，同时3-硝基苯磺酸钠在烧结过程中可作为还原剂，减少反应过程中铁的氧化，控制fe杂质含量。苯基聚氧乙烯磷酸胺盐与3-硝基苯磺酸钠能够减少前驱体制备过程中粒子的团聚，提高制备的改性纳米碳粉末的均匀性，进一步提高磷酸铁锂正极材料的循环稳定性。
20、实施方式
21、实施例
22、制备改性纳米碳粉末：
23、取49份淀粉、17份四氧化钒铋、8份三氟化硼胺于反应釜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备工艺包括：
2.如权利要求1所述的改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述改性纳米碳粉末的制备工艺包括：
3.如权利要求1所述的改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述络合剂的制备工艺包括：
4.如权利要求1所述的改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述真空喷雾干燥的工艺条件为：采用真空喷雾干燥装置，喷雾干燥温度为100～140℃，喷雾干燥的真空度为0.098～0.1MPa。
【技术特征摘要】
1.一种改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备工艺包括：
2.如权利要求1所述的改性纳米碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述改性纳米碳粉末的制备工艺包括：
3.如权利要求1所述的改性纳米碳包覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：李锦鹏，付晓春，郑雪琴，林杰，金磊，文洪超，
申请(专利权)人：江西智锂科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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