【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磷酸铁锂正极材料制备，具体为一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法。
技术介绍
1、随着社会经济不断发展，人们对能源消耗及需求量日益增大，如何寻找一种无污染、高效能的新型绿色能源是人类追求的目标。具有橄榄石结构的磷酸盐正极材料lifepo4自从被发现以来，由于具有理论比容量高（室温下为170 mah/g）、热稳定性良好，电压平台稳定、原料来源广、价格低、对环境友好等多种优势，被认为是一种很有前途的新一代绿色正极材料。但橄榄石型lifepo4正极材料的电导率差及锂离子扩散系数较低，限制了lifepo4材料的更广泛的应用。通过查阅大量文献对lifepo4的性能缺陷（电导率低、离子扩散系数低）进行改性，总结归纳方法主要分为3类：1）lifepo4的表面改性，通过包覆碳材料如生物质碳材料、二维材料如石墨烯来提高其导电性；2）lifepo4的掺杂，通过掺杂金属元素ni2+、co2+、mn2+、al3+、ti4+以及非金属元素cl-、f-、s2-、b3+等对其电化学性能进行改善；3）缩小lifepo4粒径使其达到亚微米或纳米级化，或通过制备特殊形貌的lifepo4来提高其电化学性能。通过以上改性方法对正极材料进行改性，能够达到提高其电子电导率和li+扩散的速率，为该领域的发展起到导向作用。
2、lifepo4电池作为理想的锂离子电池正极材料。然而，形成的第一次充放电过程中的固体电解质界面相(sei)循环过程中sei的再生导致活性锂的持续损失，这降低了电池的可逆容量，缩短了电池的循环寿命。而正极材料的预锂
3、因此，开发一种碳包覆、金属掺杂以及正极补锂用来制备磷酸铁锂正极材料，从而提高正极材料的能量密度，循环寿命，对于开发利用磷酸铁锂正极材料具有重要的意义。
4、相关参考文献cn114551823a公开的金属掺杂碳原位包覆磷酸铁锂电极材料的制备方法，lifepo4化合物与金属盐、有机配体混合，金属盐为cu、zn、ni、co、fe、mn、zr、ti、al、sn、mo、v、ce盐中任意一种或多种；有机配体为羧酸类、含氮杂环类和含氮氧混合类配体中任意一种或多种，它不能延长电池寿命。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种提高晶体稳定性和延长电池寿命的碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法。
2、为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：
3、s1、将li3po4粉末溶于去离子水超声分散，回流加热，同时向溶液中加入fe2so·7h2o水溶液，回流搅拌，离心收集产物，真空干燥，得到lifepo4前驱体；
4、s2、对lifepo4前驱体进行元素含量测试，确定其中li，fe，p的含量；
5、s3、为了使lifepo4中nfe/np比例满足0.95-0.99，nli/nfe比例满足1.01-1.05，需要对前驱体补充锂源（li2c2o4）和磷源（h3po4），将li2c2o4和h3po4加入去离子水中超声分散，同时加入一定量的碳源（水溶性淀粉）作为碳包覆和金属盐（纳米tio2）作为金属掺杂，超声搅拌均匀后加入lifepo4前驱体，金属质量为总体质量的0.2wt%~2wt%，碳含量为总体质量的0.5wt%~2wt%，固液比控制在20%~50%，继续超声搅拌混合均匀；
6、s4、将lifepo4前驱体混合溶液放入砂磨机进行砂磨60~120 min充分混合，细化颗粒，砂磨即将结束时添加去离子水控制固液比在6%~12%；
7、s5、将砂磨后的lifepo4前驱体进行喷雾干燥，收集产物；
8、s6、将喷雾干燥后的产物进行煅烧碳化，升温速率2-8℃/min，煅烧温度650-750℃保温6-8小时，得到lifepo4活性物质。
9、s7、将煅烧后的活性物质与导电剂（炭黑）、粘结剂（pvdf）按照质量比9：0.5：0.5溶解在nmp中，磁力搅拌4~8h充分混合；
10、s8、对混合后的浆料进行涂布并真空干燥，最后进行半电池制作和电化学性能测试。
11、优选的，步骤s3中，nfe/np比例为0.96，nli/nfe比例为1.034。
12、优选的，步骤s3中，水溶性淀粉为4.25-4.5g，纳米tio2为0.32g，lifepo4前驱体为36g，溶于100ml去离子水中。
13、优选的，步骤s4中，砂磨时间为90min。
14、优选的，步骤s4中，固液比控制在8%。
15、优选的，步骤s6中，升温速率以6℃/min升温到150℃保温1h，再以5℃/min升温到450℃/min保温1h，最后以2.5℃/min升温至675℃-700℃保温6h。
16、优选的，步骤s7中，磁力搅拌时间为8h。
17、相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
18、1.本专利技术用水溶性淀粉作为碳源进行碳包覆，纳米tio2作为金属离子进行锂位掺杂，同时采用li2c2o4作为补锂剂进行额外补锂，用来制备磷酸铁锂正极材料具有高的能量密度和稳定的循环寿命。该制备方法步骤简单，原料及工艺成本绿色低廉，所制备的电极材料导电性强，能量密度较高，结构稳定，在大电流密度下响应能力较强等特点。
19、2.本专利技术提供的额外锂源（草酸锂），使得nli/nfe=1.034对比nli/nfe=1适当过量有助于细化颗粒，缓解颗粒间烧结融合，同时草酸锂作为补锂剂能够提高电池离子传导率，提高晶体稳定性和延长电池寿命，在提高首次充放电效率的同时减轻锂电池的极化现象。
20、3.本专利技术通过金属离子（tio2）进行锂位掺杂，锂位掺杂能引起lifepo4的晶格缺陷，有利于锂离子的扩散，同时在充电和放电过程中，磷酸铁锂晶体在p型和n型半导体之间相互转换，导致fe3+/fe2+比例发生变化，从而改善了lifepo4形貌，有效提高lifepo4的导电性。
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1.一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求书要求1所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S3中，nFe/nP比例为0.96，nLi/nFe比例为1.034。
3.根据权利要求书要求2所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S3中，水溶性淀粉为4.25-4.5g，纳米TiO2为0.32g，LiFePO4前驱体为36g，溶于100mL去离子水中。
4.根据权利要求书要求1所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S4中，砂磨时间为90min。
5.根据权利要求书要求4所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S4中，固液比控制在8%。
6.根据权利要求书要求1所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S6中，升温速率以6℃/min升温到150℃保温1h，再以5℃/min升温到450℃/
7.根据权利要求书要求1所述的一种磷锂铝石制备碳酸锂和回收铝、磷的方法，其特征在于：所述步骤S7中，磁力搅拌时间为8h。
...【技术特征摘要】
1.一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求书要求1所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤s3中，nfe/np比例为0.96，nli/nfe比例为1.034。
3.根据权利要求书要求2所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤s3中，水溶性淀粉为4.25-4.5g，纳米tio2为0.32g，lifepo4前驱体为36g，溶于100ml去离子水中。
4.根据权利要求书要求1所述的一种碳包覆金属掺杂及正极补锂制备改性磷酸铁锂的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，沙亚利，蒋燕锋，李南平，
申请(专利权)人：江苏容汇通用锂业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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