【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体是改性纳米磷酸铁锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、磷酸铁锂（lifepo4）正极材料因其高安全性、良好的循环寿命和相对较低的成本而被广泛应用于锂离子电池中。然而，这种材料的电子电导率和锂离子扩散系数较低，这限制了其在高倍率放电条件下的性能表现。为了解决这些问题，研究人员已经开发了多种改性方法，包括掺杂高价金属阳离子和表面包覆导电材料，以提高其电导率和整体性能。
2、尽管高温固相烧结法是一种常用的制备掺杂正极材料的方法，但它面临着一些挑战，例如掺杂不均匀、掺杂量难以精确控制、形貌和尺寸难以控制以及反应物接触不充分等。目前，有机类掺杂原料成为正极材料研究的一个重要方向。与无机掺杂相比，有机类掺杂原料不仅能保持晶体结构，还能增强活性位点和电荷分布，且不会破坏正极材料的原有结构。
3、然而，在掺杂过程中，有机高分子金属掺杂原料可能会因为溶解问题或相容性问题而影响正极材料的晶体结构或电化学性能。因此，为了提高改性效率，正极材料的改性过程需要采用合适的改性工艺，以提高磷酸铁锂与掺杂原料的相容性。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述技术问题提供改性纳米磷酸铁锂材料及其制备方法和应用，本专利技术的方法可以提高有机类掺杂原料改性磷酸铁锂效率，最终制得的改性纳米磷酸铁锂材料具有良好的循环容量保持率。
2、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
3、本专利技术提供了改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤
4、s1.将前驱体溶液经超分散、过滤、干燥后得到磷酸铁锂前驱体；
5、所述前驱体溶液中包括磷酸铁锂、pss（聚苯乙烯磺酸钠，cas号：25704-18-1）和聚乙二醇；
6、s2.将磷酸铁锂前驱体和mof材料球磨后煅烧，得到改性纳米磷酸铁锂材料；
7、所述mof材料为含钛mof材料、含铝mof材料、含锆mof材料中的至少一种。
8、本专利技术中，pss作为一种两性高分子共聚物，其作用主要体现在两个方面。首先，pss通过超分散技术结合在磷酸铁锂表面，然后与mof材料进行掺杂，这一过程能够显著增强mof材料与磷酸铁锂之间的相容性。其次，pss本身具有良好的机械性能，当其溶液经过超分散处理后，可以为有机物mof提供一个均匀且稳定的基底，这有助于更有效地发挥掺杂作用。除此之外，pss还具备优异的分散效果，能够有效防止磷酸铁锂颗粒的团聚现象。
9、s1中，所述前驱体溶液包括以下质量份的原料：50份磷酸铁锂、2~8份pss和8~15份聚乙二醇；
10、较佳地，所述前驱体溶液包括以下质量份的原料：50份磷酸铁锂、3~7份pss、9~12份聚乙二醇。其中，pss过量添加会影响磷酸铁锂的导电性能。
11、s1中，所述前驱体溶液由以下质量份的原料组成：50份磷酸铁锂、2~8份pss、8~15份聚乙二醇和50~100份水。
12、s1中，所述聚乙二醇为peg200、peg400或peg600，较佳的为peg400。
13、s1中，所述干燥的方式为本领域常规，较佳的为真空干燥法。
14、s1中，所述磷酸铁锂是磷酸铁锂原料预处理后得到的；其中，预处理的步骤包括：将磷酸铁锂原料于磷酸溶液中陈化后过滤、烧结后得到磷酸铁锂。
15、进一步s1中，所述磷酸铁锂原料的d50为0.3~0.5μm。
16、进一步s1中，所述磷酸溶液中h3po4浓度为60~70wt%。
17、进一步s1中，所述陈化的时间为1~5h。
18、进一步s1中，所述烧结的温度为200~280℃。
19、进一步s1中，所述烧结的时间为15~30min。
20、s1中，所述超分散采用的设备为高压均质机或高速剪切乳化机。
21、s1中，所述超分散的时间为20~40min。
22、进一步s1中，所述高压均质机的超分散工艺为本领域常规工艺，较佳地，所述高压均质机的工作压力为1000~3000psi。
23、进一步s1中，所述高速剪切乳化剂的超分散工艺为本领域常规工艺，所述高速剪切乳化机的转速为2000~5000rpm。
24、s2中，所述球磨的工艺为本领域常规。
25、s2中，所述球磨的转速为300~500rpm。
26、s2中，所述球磨的时间为4~10h。
27、s2中，所述球磨的球料比为4~5:1。
28、s2中，所述球磨后还包括干燥的步骤，所述干燥的工艺为本领域常规工艺，较佳地，所述干燥的方式为真空干燥法；所述干燥的温度为110~180℃，所述干燥的压力为10~30pa。
29、s2中，所述磷酸铁锂前驱体和mof材料的质量比为100：4~10，较佳的为100:6~8.5。
30、s2中，所述含钛mof材料为ntu-9（cas号：1586824-43-2）。
31、s2中，含铝mof材料为cau-10（cas号：1416330-84-1）或cau-21（cas号：2095465-85-1）。
32、s2中，含锆mof材料为uio-66-f4（cas号：2170275-20-2）或uio-66-f2（cas号：1458048-16-2）。
33、s2中，所述煅烧的温度为450~550℃。
34、s2中，所述煅烧时氮气流量为5~15l/min。
35、s2中，所述煅烧的时间为3~10h。
36、s2中，所述煅烧过程中升温速率为1~5℃/min，较佳的为1~3℃/min。较慢的升温速率首先可以确保水分和其他气体杂质的排出，另一方面，由于本专利技术采用mof材料进行掺杂，因此在较低温度下就可以实现掺杂，无需高温即可进行高效改性。
37、本专利技术还公开前述改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法制备的改性纳米磷酸铁锂材料。
38、如前述改性纳米磷酸铁锂材料在锂电池中的应用。
39、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
40、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
41、1.本专利技术采用两性高分子共聚物pss来提高磷酸铁锂和mof材料的相容性，从而大幅度提高改性效率。pss不仅具有良好的机械性能，能为有机类掺杂物提供稳定的基底，还具有优良的分散性，能有效防止磷酸铁锂颗粒的团聚。mof材料的改性可提高磷酸铁锂材料的电子密度和电导率，提高电池整体性能。
42、2.本专利技术通过超分散技术将pss分散至磷酸铁锂表面，以增强pss与磷酸铁锂的结合性。同时，本专利技术还探究了pss与磷酸铁锂的配比，目的是使改性纳米磷酸铁锂材料具备高容量保持率。
43、3.与直接混合掺杂改性方法相比，本专利技术的磷酸铁锂原料处理方法能更高效地改性磷酸铁锂正极材料，实现了更高的改性效率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液包括以下质量份的原料：50份磷酸铁锂、2~8份PSS和8~15份聚乙二醇。
3.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂是磷酸铁锂原料预处理后得到的；其中，预处理的步骤包括：将磷酸铁锂原料于磷酸溶液中陈化后过滤、烧结后得到磷酸铁锂。
4.如权利要求3所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件①~⑥中的至少一种：
5.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述超分散采用的设备为高压均质机或高速剪切乳化机。
6.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂前驱体和MOF材料的质量比为100：4~10。
7.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件①~③中的至少一种：
8.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，
9.如权利要求1~8中任一项所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法制备的改性纳米磷酸铁锂材料。
10.如权利要求9所述的改性纳米磷酸铁锂材料在锂电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液包括以下质量份的原料：50份磷酸铁锂、2~8份pss和8~15份聚乙二醇。
3.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂是磷酸铁锂原料预处理后得到的；其中，预处理的步骤包括：将磷酸铁锂原料于磷酸溶液中陈化后过滤、烧结后得到磷酸铁锂。
4.如权利要求3所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件①~⑥中的至少一种：
5.如权利要求1所述的改性纳米磷酸铁锂材料的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，练平，王跃林，谭正兰，禹梦，曹泽宇，刘帅，
申请(专利权)人：湖南裕能新能源电池材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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