[发明专利]碳包覆的磷酸铁锂复合物及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及磷酸铁锂复合物及其制备方法，特别是涉及一种锂离子电池正极材料、碳包覆的磷酸铁锂复合物及其制备方法。

【背景技术】

锂离子电池是新一代的绿色高能储能装置，具有工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等独特的优势，并迅速发展。近年来，绿色环保锂离子二次电池已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并逐步被开发为电动汽车的动力能源。其中，新型电极材料，特别是正极材料的研制至关重要。

磷酸铁锂（LiFeP0₄）是近些年开发出的一种具有橄榄石结构的锂离子电池正极材料，其具有可逆性地嵌入和脱嵌锂的特性。与传统的锂离子二次电池正极材料相比，磷酸铁锂（LiFeP0₄）具有无毒、对环境友好、原材料来源丰富、比容量高（其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g）、循环性能好（其在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上）等优点，从而被认为是极具应用潜力的锂离子电池正极材料。以磷酸铁锂（LiFeP0₄）作为正极材料的锂离子电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满，具有放电容量大、价格低廉、不造成环境污染等优点。

但由于磷酸铁锂（LiFeP0₄）结构的固有限制，其具有低的电子电导率和电子扩散速率，不适宜大电流的充放电，影响了其在功率型动力电池方面的应用。因此，如何提高磷酸铁锂（LiFeP0₄）的电子导电性能是当前化学电源界的研究热点。目前改善磷酸铁锂（LiFeP0₄）导电性的研究主要集中如下三个方面：1、制备具有纳米尺寸的晶粒以缩短锂离子扩散距离；2、掺杂金属离子以提高其本征电导率；3、包覆导电材料改善电导率。为此，人们正在研究主要以碳材料为主的包覆导电材料技术。该技术中，在磷酸铁锂引入碳时，如果碳的引入方式和形态控制不当，会造成碳包覆层不均匀，不紧密，特别是在后续粉碎分级处理过程中，容易造成磷酸铁锂表面的碳层严重剥离，从而使得磷酸铁锂材料的电导率得不到有效提升，电化学性能差，且会直接降低磷酸铁锂的堆积密度。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种堆积密度高，碳层包覆均匀紧密，电导率高，电化学性能好的碳包覆的磷酸铁锂复合物。

本发明的目的还在于提供该碳包覆的磷酸铁锂复合物的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种碳包覆的磷酸铁锂复合物，该复合物是由锂源、铁源、磷源、碳纳米管按摩尔比Li：Fe：P：C为0.8～1.1：0.97～1.1：1：0～0.5的比例与溶剂混合，混合后物料的总固含量为15～35%，将混合后的物料研磨成尺寸为15nm～250nm的纳米颗粒，再经干燥、预加热形成磷酸铁锂前驱体，磷酸铁锂前驱体再加入渗碳剂经高温焙烧形成碳包覆的磷酸铁锂复合物。

锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、醋酸锂中的一种或多种的组合，所述铁源为草酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁、三氧化二铁中的一种或多种的组合，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸铁、磷酸二氢锂、磷酸中的一种或多种的组合，所述碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为50nm～20μm。

溶剂为水、乙醇、丙酮中的一种或多种的组合。

渗碳剂为丙酮和苯、煤油和苯或煤油、苯及乙醇的混合物中的至少一种。

碳包覆的磷酸铁锂复合物的制备方法，它包括如下步骤：

a、将锂源、铁源、磷源、碳纳米管按摩尔比Li：Fe：P：C为0.8～1.1：0.97～1.1：1：0～0.5的比例置于溶剂中进行混合；

b、将混合物在砂磨机中研磨2～10小时，得到磷酸铁锂前驱浆料，该磷酸铁锂前驱浆料的纳米颗粒尺寸为15nm～250nm；

c、将磷酸铁锂前驱浆料在烘箱中真空干燥去除溶剂；

d、将干燥后的产物置于高温气氛炉，以5～10℃/min速度加热升温至300～550℃,恒温预烧2～6小时，冷却后得到磷酸铁锂前驱体；

e、将磷酸铁锂前驱体置于渗碳炉中，以5～10℃/min的升温速率使炉内温度升至700～800℃；

f、往渗碳炉内以5～15滴/mi n的速率滴入渗碳剂，在滴渗碳剂过程中每隔10～15分钟取样测试磷酸铁锂前驱体的含碳量，当含碳量达到预定值时，停止滴入渗碳剂，恒温焙烧5～15小时后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂。