【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池材料，具体而言，涉及一种改性磷酸铁、改性磷酸铁锂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池由于其具有高比能量、长寿命、无污染等特点，自问世以来得到了快速普及和发展，其应用逐步从传统的数码产品转向动力型电源领域，延续良好的发展态势。正极材料的性能直接影响锂离子电池的性能，其成本也直接决定着电池成本的高低。因此，锂电池正极材料的研发对于改善锂电池性能方面具有重要意义。
2、相比目前广泛使用的钴酸锂正极材料，磷酸铁锂(lifepo4)正极材料具有成本低廉、安全无害的优势，成为最值得期待的锂离子电池正极材料之一。lifepo4晶体为正交橄榄石结构，和它电化学反应时的产物磷酸铁(fepo4)同属于pnma空间群，晶胞体积差距较小，故lifepo4的电化学循环性能比较稳定。在lifepo4中，氧原子为六方密堆，磷原子分布在四面体的空隙内，铁原子和锂原子占据八面体间隙。电子的传导主要通过其晶体结构中ac面共顶角的feo6八面体过渡金属层进行，而feo6八面体被po4四面体隔离开，并没有成为连续相连的网络，因此导致了lifepo4本体较差的电子导电性，电子电导率仅为10-9-10-10s/m左右。此外，lifepo4的一维锂离子扩散特性，导致其锂离子扩散系数较低。lifepo4较低的电子电导率和离子迁移能力，影响了其在大功率及低温环境下的大规模应用。
3、因此，目前亟需改进磷酸铁锂的制备工艺，以提高材料的电子电导率和离子迁移能力，进而改善材料的倍率性能和低温稳定性。
4、鉴于此，特提出
技术实现思路
1、本专利技术的目的包括提供一种改性磷酸铁、改性磷酸铁锂及其制备方法和应用，旨在提高磷酸铁锂正极材料的倍率性能和/或低温稳定性。
2、为了实现本专利技术的上述目的，可采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供的方案包括一种改性磷酸铁，包括mxene基体，在mxene基体表面包覆有碳层，在碳层表面形成有磷酸铁。
4、在本专利技术的一些实施方式中，mxene基体中的钛部分氧化为氧化钛；
5、优选地，mxene基体的厚度为5nm-10nm，横向尺寸为100nm-300nm。
6、第二方面，本专利技术还提供一种改性磷酸铁的制备方法，包括：将具有有机包覆层的mxene材料与铁盐和磷酸盐反应，在有机包覆层表面形成磷酸铁，将得到的产物煅烧。
7、在本专利技术的一些实施方式中，将具有有机包覆层的mxene材料、铁盐溶液、磷酸盐溶液混合反应，之后将得到的产物在含氧气氛中煅烧；
8、优选地，具有有机包覆层的mxene材料、铁盐溶液和磷酸盐溶液反应过程中，控制反应ph值为1.8-2.2，反应温度为60℃-80℃，反应时间为4h-8h；
9、优选地，控制铁盐与具有有机包覆层的mxene材料的质量比为(2-10)：1；通过调控铁盐和磷酸盐的用量，使磷酸根与铁盐中的铁离子的摩尔比为1：(0.95-1.05)；
10、优选地，铁盐选自氯化铁和硝酸铁中的至少一种；磷酸盐选自磷酸氢铵、磷酸铵和磷酸二氢铵中的至少一种；铁盐溶液和磷酸盐溶液的浓度均为0.5mol/l-2.0mol/l；
11、优选地，将具有有机包覆层的mxene材料、铁盐溶液和磷酸盐溶液反应完成之后，进行固液分离，将得到的固体物料进行洗涤和干燥，之后在含氧气氛中煅烧；更优选地，在煅烧过程中，控制含氧气氛中氧气体积分数为5％-15％，控制含氧气氛中氧气体积分数为8％-12％；更优选地，在煅烧过程中，控制煅烧温度为500℃-800℃，煅烧时间为5h-8h。
12、在本专利技术的一些实施方式中，具有有机包覆层的mxene材料的制备过程包括：将表面活性剂、有机包覆物、mxene材料和水混合反应，之后固液分离，将得到的固体物料进行干燥；
13、优选地，在制备具有有机包覆层的mxene材料的过程中，控制反应温度为20℃-35℃，反应时间为30min-60min；
14、优选地，先将表面活性剂和水混合，调节ph值为7.5-8.5，之后再与有机包覆物和mxene材料混合反应；
15、优选地，有机包覆物选自盐酸多巴胺；
16、优选地，有机包覆物与mxene材料的质量比为(3-5)：1；
17、优选地，在表面活性剂、有机包覆物、mxene材料和水形成的混合体系中，有机包覆物的浓度为0.5g/l-1.5g/l；
18、优选地，表面活性剂选自双十二烷基二甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱中的至少一种；
19、优选地，表面活性剂与mxene材料的质量比为(20-30)：1。
20、第三方面，本专利技术还提供一种改性磷酸铁锂的制备方法，包括：将改性磷酸铁与锂源混合焙烧；其中，改性磷酸铁为上述任意实施方式中的改性磷酸铁或上述任意实施方式中的制备方法制备得到的改性磷酸铁；
21、优选地，在含氢气的气氛中进行焙烧，控制焙烧温度为500℃-800℃，焙烧时间为5h-15h；
22、优选地，将改性磷酸铁、锂源和水混合得到悬浮液，将悬浮液球磨后进行干燥得到前驱体粉末，将前驱体粉末研磨后在含氢气的气氛中进行焙烧；
23、优选地，通过调控改性磷酸铁和锂源的用量，使li与fe的摩尔比为(1-1.05)：1；
24、优选地，将悬浮液球磨3h-8h后进行喷雾干燥得到前驱体粉末；
25、优选地，悬浮液中，锂元素和铁元素的总质量分数为28％-33％；
26、优选地，锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。
27、第四方面，本专利技术还提供一种改性磷酸铁锂，包括mxene基体，在mxene基体表面包覆有碳层，在碳层表面形成有磷酸铁锂。
28、在本专利技术的一些实施方式中，mxene基体中的钛部分氧化为氧化钛。
29、在本专利技术的一些实施方式中，mxene基体的厚度为5nm-10nm，横向尺寸为100nm-300nm。
30、第五方面，本专利技术还提供一种正极极片，包括上述任意实施方式中的制备方法制备得到的改性磷酸铁锂或上述任意实施方式中的改性磷酸铁锂。
31、第六方面，本专利技术还提供一种锂电池，包括上述任意实施方式中的正极极片。
32、第七方面，本专利技术还提供一种用电装置，包括上述任意实施方式中的锂电池。
33、通过在mxene基体上形成包覆，在包覆层上形成磷酸铁，在形成磷酸铁的过程中mxene不会被fe3+全部氧化为二氧化钛，包覆层碳化后使得mxene基体部分暴露，使得mxene部分转化为tio2，碳化后形成多孔结构提高了电极材料的疏松程度，有利于提高li+的脱嵌效率。本专利技术所提供的改性磷酸铁既保留了mxene的高导电性又引入了少量tio2提高材料的嵌锂容量和低温稳定性，有利于降低电极材料的电荷转移的阻抗，提高锂的脱嵌效率。利用本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性磷酸铁，其特征在于，包括MXene基体，在所述MXene基体表面包覆有碳层，在所述碳层表面形成有磷酸铁。
2.根据权利要求1所述的改性磷酸铁，其特征在于，所述MXene基体中的钛部分氧化为氧化钛；
3.一种改性磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括：将具有有机包覆层的MXene材料与铁盐和磷酸盐反应，以在所述有机包覆层表面形成磷酸铁，将得到的产物煅烧。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述具有有机包覆层的MXene材料、铁盐溶液、磷酸盐溶液混合反应，之后将得到的产物在含氧气氛中煅烧；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，具有有机包覆层的MXene材料的制备过程包括：将表面活性剂、有机包覆物、MXene材料和水混合反应，之后固液分离，将得到的固体物料进行干燥；
6.一种改性磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括：将改性磷酸铁与锂源混合焙烧；其中，所述改性磷酸铁为权利要求1-2中任一项所述的改性磷酸铁或权利要求3-5中任一项所述制备方法制备得到的改性磷酸铁；
7.一种改性磷酸铁
8.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求6所述制备方法制备得到的改性磷酸铁锂或权利要求7所述的改性磷酸铁锂。
9.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极极片。
10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的锂电池。
...【技术特征摘要】
1.一种改性磷酸铁，其特征在于，包括mxene基体，在所述mxene基体表面包覆有碳层，在所述碳层表面形成有磷酸铁。
2.根据权利要求1所述的改性磷酸铁，其特征在于，所述mxene基体中的钛部分氧化为氧化钛；
3.一种改性磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括：将具有有机包覆层的mxene材料与铁盐和磷酸盐反应，以在所述有机包覆层表面形成磷酸铁，将得到的产物煅烧。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述具有有机包覆层的mxene材料、铁盐溶液、磷酸盐溶液混合反应，之后将得到的产物在含氧气氛中煅烧；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，具有有机包覆层的mxene材料的制备过程包括：将表面活性剂、有机包覆物、...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，谢英豪，李爱霞，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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