一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）固相烧结法制得镨掺杂磷酸铁锂；（2）取适量上述镨掺杂磷酸铁锂备用，称量CH3COOLi放于玛瑙研钵中，加入适量无水乙醇进行溶解，将所述镨掺杂磷酸铁锂加入研钵中进一步研磨，加入柠檬酸晶体一起研磨，待研钵中的混料被磨成胶状物时停止研磨并转移至瓷舟中；预烧，加入蔗糖进行研磨，烧结到碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料。本发明制备的锂离子电池用碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料，将磷酸铁锂镨掺杂改性以提高其离子扩散性能并且抑制团聚现象，然后再在其表面形成两层碳导电网络，以提高其导电率，使得其具有良好的导电性能和循环稳定性。

权利要求

1.一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）制备镨掺杂磷酸铁锂

按锂：铁：磷元素的摩尔比为1∶1∶1：（0.02-0.027）：（0.03-0.05）称量草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵、氧化镨和醋酸纤维素，将草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵和氧化镨放入球磨机中球磨2-3h，在球磨过程中将溶解在丙酮中的醋酸纤维素逐步喷附在混合物中，使醋酸纤维素均匀粘在四种材料的混合料颗粒上，然后在100-110℃下干燥40-60min；

将上述干燥好的混合料颗粒放入有氦气保护的气氛炉中，在400-500℃的温度下保温反应1-2h，然后再冷却至室温，得到预烧后的粉体；将预烧粉体再拌匀，放入有氦气保护的气氛炉中，在750-800℃的温度下保温处理30-40min，随炉冷却至室温后，制得镨掺杂磷酸铁锂；

（2）碳包覆

取适量上述镨掺杂磷酸铁锂备用，按摩尔比CH3COOLi：镨掺杂磷酸铁锂=（0.025-0.03 ）：1称量CH3COOLi放于玛瑙研钵中，加入适量无水乙醇进行溶解，将所述镨掺杂磷酸铁锂加入研钵中进一步研磨，研磨2-3h后将占所述镨掺杂磷酸铁锂与CH3COOLi质量总和3-4%的柠檬酸晶体加入一起研磨，待研钵中的混料被磨成胶状物时停止研磨并转移至瓷舟中；

在氦气氛围下，400-450℃下预烧2-3h，冷却至室温后取出，加入占烧结产物重量的

1-3%的蔗糖进行研磨，研磨均匀后，在800-900℃下烧结5-7h即得到碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料。

说明书

一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

所属技术领域

[0001] 本发明涉及一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

[0002] 磷酸铁锂材料是近年来出现并得到大规模产业化应用的动力锂离子电池正极材料。这种正极材料具有安全性好、晶体结构坚固、资源丰富、放电平台稳定和循环寿命长等特殊优点。但是传统的磷酸铁锂材料不能直接使用，必须进行碳包覆。主要的原因在于磷酸铁锂材料的电导率很低，接近绝缘体，锂离子和电子在其中的传输很困难。为了改善导电性能和锂离子传输性能，磷酸铁锂表面必须有结合牢固的碳层，即碳包覆层，才能实现磷酸铁锂材料性能的优异发挥。我国的磷酸铁锂行业已经成为比较大的产业。但是各个厂家的产品还不稳定。产品的性能波动是行业内普遍存在的问题，这个问题与碳源工艺密切相关。包覆的好一点，磷酸铁锂的性能就发挥较好；包覆不好，磷酸铁锂的综合性能就比较差。为了实现材料的稳定制造，必须使碳包覆技术得到稳定的性能发挥。

[0003] 目前提高磷酸铁锂电导率的方法还有：离子掺杂和选择合成方法和条件来控制颗粒粒径。稀土元素是典型的金属元素。稀土是一组同时具有电、磁、光、以及生物等多种特性的新型功能材料，用途广泛, 是很多高精尖产业如信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的必不可少的重要基础材料。它早已在其它电池新能源中得到应用。

发明内容

[0004] 本发明提供一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的负极材料，具有良好导电性能和循环稳定性。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供的一种碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

[0006] （1）制备镨掺杂磷酸铁锂

[0007] 按锂：铁：磷元素的摩尔比为1∶1∶1：（0.02-0.027）：（0.03-0.05）称量草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵、氧化镨和醋酸纤维素，将草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵和氧化镨放入球磨机中球磨2-3h，在球磨过程中将溶解在丙酮中的醋酸纤维素逐步喷附在混合物中，使醋酸纤维素均匀粘在四种材料的混合料颗粒上，然后在100-110℃下干燥40-60min；

[0008] 将上述干燥好的混合料颗粒放入有氦气保护的气氛炉中，在400-500℃的温度下保温反应1-2h，然后再冷却至室温，得到预烧后的粉体；将预烧粉体再拌匀，放入有氦气保护的气氛炉中，在750-800℃的温度下保温处理30-40min，随炉冷却至室温后，制得镨掺杂磷酸铁锂；

[0009] （2）碳包覆

[0010] 取适量上述镨掺杂磷酸铁锂备用，按摩尔比CH3COOLi：镨掺杂磷酸铁锂=（0.025-0.03 ）：1称量CH3COOLi放于玛瑙研钵中，加入适量无水乙醇进行溶解，将所述镨掺杂磷酸铁锂加入研钵中进一步研磨，研磨2-3h后将占所述镨掺杂磷酸铁锂与CH3COOLi质量总和3-4%的柠檬酸晶体加入一起研磨，待研钵中的混料被磨成胶状物时停止研磨并转移至瓷舟中；

[0011] 在氦气氛围下，400-450℃下预烧2-3h，冷却至室温后取出，加入占烧结产物重量的1-3%的蔗糖进行研磨，研磨均匀后，在800-900℃下烧结5-7h即得到碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料。

[0012] 本发明制备的锂离子电池用碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料，将磷酸铁锂镨掺杂改性以提高其离子扩散性能并且抑制团聚现象，然后再在其表面形成两层碳导电网络，以提高其导电率，使得其具有良好的导电性能和循环稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较快的充放电速率容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

[0013] 实施例一

[0014] 按锂：铁：磷元素的摩尔比为1∶1∶1：0.02：0.03称量草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵、氧化镨和醋酸纤维素，将草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵和氧化镨放入球磨机中球磨2h，在球磨过程中将溶解在丙酮中的醋酸纤维素逐步喷附在混合物中，使醋酸纤维素均匀粘在四种材料的混合料颗粒上，然后在100℃下干燥60min。

[0015] 将上述干燥好的混合料颗粒放入有氦气保护的气氛炉中，在400℃的温度下保温反应2h，然后再冷却至室温，得到预烧后的粉体；将预烧粉体再拌匀，放入有氦气保护的气氛炉中，在750℃的温度下保温处理40min，随炉冷却至室温后，制得镨掺杂磷酸铁锂。

[0016] 取适量上述镨掺杂磷酸铁锂备用，按摩尔比CH3COOLi：镨掺杂磷酸铁锂=0.025：1称量CH3COOLi放于玛瑙研钵中，加入适量无水乙醇进行溶解，将所述镨掺杂磷酸铁锂加入研钵中进一步研磨，研磨2h后将占所述镨掺杂磷酸铁锂与CH3COOLi质量总和3%的柠檬酸晶体加入一起研磨，待研钵中的混料被磨成胶状物时停止研磨并转移至瓷舟中。

[0017] 在氦气氛围下，400℃下预烧3h，冷却至室温后取出，加入占烧结产物重量的1%的蔗糖进行研磨，研磨均匀后，在800℃下烧结7h即得到碳包覆镨掺杂磷酸铁锂复合正极材料。

[0018] 实施例二

[0019] 按锂：铁：磷元素的摩尔比为1∶1∶1： 0.027： 0.05称量草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵、氧化镨和醋酸纤维素，将草酸锂、氯化亚铁、磷酸二氢铵和氧化镨放入球磨机中球磨3h，在球磨过程中将溶解在丙酮中的醋酸纤维素逐步喷附在混合物中，使醋酸纤维素均匀粘在四种材料的混合料颗粒上，然后在110℃下干燥40min。

[0020] 将上述干燥好的混合料颗粒放入有氦气保护的气氛炉中，在500℃的温度下保温反应1h，然后再冷却至室温，得到预烧后的粉体；将预烧粉体再拌匀，放入有氦气保护的气氛炉中，在800℃的温度下保温处理30min，随炉冷却至室温后，制得镨掺杂磷酸铁锂。

[0021] 取适量上述镨掺杂磷酸铁锂备用，按摩尔比CH3COOLi：镨掺杂磷酸铁锂=0.03：1称量CH3COOLi放于玛瑙研钵中，加入适量无水乙醇进行溶解，将所述镨掺杂磷酸铁锂加入研钵中进一步研磨，研磨2-3h后将占所述镨掺杂磷酸铁锂与CH3COOLi质量总和4%的柠檬酸晶体加入一起研磨，待研钵中的混料被磨成胶状物时停止研磨并转移至瓷舟中。

[0022] 在氦气氛围下， 450℃下预烧2h，冷却至室温后取出，加入占烧结产物重量的3%