【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，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、锂离子电池中具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料因其环境友好、安全、循环寿命长等优点受到广泛关注。与层状材料相比其更为突出的优点是lifepo4材料的磷酸根离子作为非常稳定的阴离子团，在充放电过程中不会发生分解析氧，且材料本身的体积应变较小。
2、磷酸铁锂正极材料的规模化应用被低电子电导率、低离子扩散速率(10-17～10-14cm2/s)以及低振实密度的性质限定。因此，目前研究通过制造多孔材料或者纳米材料来提高锂离子的脱嵌距离，但多孔材料会降低电池的体积能量密度，纳米材料会降低其振实密度；通过碳包覆是提高电子导电率的另一种高效的手段，而目前对于碳包覆均匀性仍是广大研究者面对的难题。
3、cn117819509a公开了一种多孔碳包覆的磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：将制备锂源物料、铁源物料、磷源物料与第一碳源混合并进行预烧结制备前驱体，然后加入聚甲基丙烯酸甲酯进行加热处理，升温至400～700℃保温9～25h，由此制得多孔碳包覆的磷酸铁锂正极活性材料。
4、cn117832427a公开了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法和应用，以氢氧化锂作为锂源。聚乙烯醇微球作为碳源，经过碳热还原法，得到碳包覆的微球状磷酸铁锂复合材料。
5、上述方案制得磷酸铁锂正极材料由于碳包覆层的均匀性可控性差，导致制得磷酸铁锂正极材料的球形度较低，振实密度和倍率性能均较差。
技术实现思路b>
1、本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，本专利技术所述磷酸铁锂正极材料具有碳纳米管和碳网络结构，所述网络结构不仅可以提高材料的导电性，同时可以利用碳纳米管的毛细作用使电解液浸润到磷酸铁锂球体中，增加电解液的浸润，进而缩短锂离子的传输路径，提高倍率性能。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将丝素蛋白、碳纳米管与溶剂混合，得到混合溶液，调节混合溶液ph，加入亚铁源和磷酸源进行一步反应得到前驱体悬浮液；
5、(2)将前驱体悬浮液与聚乙二醇水溶液混合进行二步反应，得到球形磷酸亚铁；
6、(3)将球形磷酸亚铁与磷酸锂混合，经烧结处理得到所述磷酸铁锂正极材料。
7、本专利技术预先将丝素蛋白和碳纳米管制成混合溶液，丝素蛋白中的氨基酸残基通过π-π键与碳纳米管相互作用，使碳纳米管在水中分散均匀并具有一定的稳定性，加入亚铁离子、磷酸源后，磷酸亚铁纳米晶在碳纳米管和丝素蛋白构成的网络上生长，生长到一定程度得到前驱体悬浮液；通过在前驱体悬浮液中添加聚乙二醇，利用其与丝素蛋白作用，即聚乙二醇吸收水分子(自由水和丝素蛋白中的结合水)，增加丝素蛋白中疏水部分的相互作用，并诱导丝素蛋白疏水区形成β-折叠型，自组装成微球结构(微球外部为聚乙二醇与丝素蛋白经β折叠的疏水部分)，微球中磷酸亚铁纳米晶继续生长，最终形成高球形度的磷酸亚铁前驱体。将磷酸亚铁前驱体与磷酸锂混合，通过固相烧结法制备高球形度的磷酸铁锂材料，烧结过程中，碳纳米管和丝素蛋白碳化后在磷酸铁锂内、外部形成碳网络提高材料的导电性。
8、优选地，步骤(1)所述溶剂包括水。
9、优选地，步骤(1)所述碳纳米管的内径为10～20nm，例如：10nm、12nm、15nm、18nm或20nm等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、优选地，步骤(1)所述混合溶液中丝素蛋白的质量百分浓度为10％～15％，例如：10％、11％、12％、13％、14％或15％等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，步骤(1)所述混合溶液中碳纳米管的质量百分浓度为0.3％～0.5％，例如：0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、优选地，步骤(1)所述ph为5～6，例如：5、5.2、5.5、5.8或6等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、优选地，步骤(1)所述亚铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括硫酸亚铁与氯化亚铁的组合、硫酸亚铁与硝酸亚铁的组合或氯化亚铁与硝酸亚铁的组合等。
14、优选地，步骤(1)所述磷酸源包括h3po4、nah2po4或na2hpo4中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括h3po4与nah2po4的组合、nah2po4与na2hpo4的组合或h3po4与na2hpo4的组合等。
15、优选地，步骤(1)所述亚铁源与混合溶液的摩尔体积比为0.5～2mol/l，例如：0.5mol/l、0.8mol/l、1mol/l、1.5mol/l或2mol/l等。
16、优选地，所述亚铁源中铁元素和磷酸源中磷元素的摩尔比为(1.45～1.5):1，例如：1.45:1、1.46:1、1.47:1、1.48:1、1.49:1或1.5:1等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17、优选地，步骤(1)所述一步反应的搅拌速度为100～300rpm，例如：100rpm、150rpm、200rpm、250rpm或300rpm等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、优选地，步骤(1)所述一步反应的时间为1～1.5h，例如：1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(1)所述一步反应的气氛包括保护气氛。
20、优选地，所述保护气氛包括氮气和/或氩气。
21、优选地，步骤(2)所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的分子量为4～10kda，例如：4kda、5kda、6kda、8kda或10kda等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22、优选地，步骤(2)所述聚乙二醇水溶液的质量百分浓度为20％～30％，例如：20％、22％、25％、28％或30％等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23、优选地，步骤(2)所述聚乙二醇水溶液和前驱体悬浮液的体积比为(0.15～0.25):1，例如：0.15:1、0.18:1、0.2:1、0.22:1或0.25:1等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24、优选地，步骤(2)所述二步反应的时间为2～6h，例如：2h、3h、4h、5h或6h等，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25、优选地，步骤(2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶剂包括水；
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述pH为5～6；
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一步反应的搅拌速度为100～300rpm；
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的分子量为4～10kDa；
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二步反应的时间为2～6h；
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述球形磷酸亚铁与磷酸锂混合得到混合物中铁元素与锂元素的摩尔比为1:(1.05～1.1)；
8.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料通过如权利要求1-7任一项所述方法制得。
9.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包含如权利要求8所述的磷酸铁锂正极材料。>
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含如权利要求9所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶剂包括水；
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述ph为5～6；
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一步反应的搅拌速度为100～300rpm；
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的分子量为4～10kda；
6.如权利要求1-5任一...
【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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