[发明专利]一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以离子液体聚合物为碳源的碳包覆磷酸铁锂的制备方法，属于一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)理论容量为170mAh/g，可逆充放电比容量较高，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的动力型和储能型锂离子电池正极材料。但是，磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。国内外对磷酸铁锂进行了大量的改性研究来提高磷酸铁锂的导电性能，主要包括制备纳米级LiFePO₄、制备多孔LiFePO₄、碳包覆、金属离子掺杂等方式，其中碳包覆改性的研究主要集中在采用不同碳源及包覆技术实现不同形态的碳包覆。

中国专利CN103346315A提供了一种以介孔碳CMK-3为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法，碳包覆磷酸铁锂是由硝酸铁、磷酸二氢铵、柠檬酸按一定比例混合形成混合物，在搅拌作用下，向混合物中缓慢滴加醋酸锂溶液，形成混合物料，在一定温度下将介孔碳CMK-3浸渍到溶液中，搅拌、超声得到泥浆状的溶液，所得泥浆状物料恒温干燥、研磨、煅烧处理后得到碳包覆磷酸铁锂粉体材料。制备的碳包覆磷酸铁锂的粒径为200-400nm，颗粒细小、均匀、纯度高，增强了电子导电率和离子扩散率。制备的碳包覆磷酸铁锂可用作锂离子电池正极材料。

中国专利CN101777636A公开了一种热解碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法。采用纯相磷酸铁锂、掺碳和金属离子中一种或多种的磷酸铁锂中一种为原料，以葡萄糖、聚乙二醇、聚乙烯醇等有机物作为碳源，将以上原料与溶解有有机碳源的溶液或有机前躯体混合，置于热解搅拌反应釜中，于100～1000℃反应0.5～24h，将反应获得的粉体置于惰性气氛反应炉中于200～1000℃烧结1～10h，得到碳包覆磷酸铁锂。该方法制备的磷酸铁锂复合材料碳包覆层均一，包覆过程使得原料粒子构成二次粒子，提高了材料的充填密度和电化学性能。

中国专利CN103346323A公开了一种以聚苯乙烯微球和聚乙二醇为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法。首先合成聚苯乙烯微球，将合成的聚苯乙烯微球与聚乙二醇溶于去离子水中，然后将醋酸锂、硝酸铁、磷酸二氢铵按一定比例混合形成混合物，在一定温度下搅拌得到凝胶体，所得凝胶体在烘箱中恒温干燥、研磨，煅烧处理后得到碳包覆磷酸铁锂粉体材料。制备的碳包覆磷酸铁锂的粒径为200-400nm，颗粒细小、均匀、纯度高，增强了电子导电率和离子扩散率。

中国专利CN103456924A公开了一种以高分子聚合物为碳源二次碳包覆磷酸铁锂复合物的制备方法，高分子聚合物为碳源碳包覆磷酸铁锂复合物是由锂源、铁源、磷源和葡萄糖置于溶剂中按摩尔比混合，经过研磨形成磷酸铁锂前驱浆料，磷酸铁锂前驱浆料经过干燥、预加热处理形成磷酸铁锂前驱体；将磷酸铁锂前驱体，高分子聚合物碳源和相容剂按照比例投入高速混料机中混合均匀；将上述混合物添加到塑料挤出机中熔融后挤出造粒；再将该复合物采用碳热还原法，在低氧气氛下恒温焙烧5～15小时后冷却到室温，得到高分子聚合物为碳源二次碳包覆的磷酸铁锂复合物。

发明内容

本发明的目的是以离子液体聚合物代替葡萄糖等有机物作为碳源，提供一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法。

本发明是一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法，以离子液体聚合物为碳源，其步骤为：

（1）磷酸铁锂表面改性：将磷酸铁锂与偶联剂以质量比1:1～1:20混合，并按质量比磷酸铁锂:乙醇=1:20～1:50加入乙醇，再按体积比氨水:乙醇=1:100～1:200加入浓氨水，30℃回流处理20～40h，然后过滤、洗涤，得到表面改性的磷酸铁锂粉体；

（2）磷酸铁锂表面包覆离子液体聚合物：在步骤（1）所得表面改性的磷酸铁锂粉体中按质量比磷酸铁锂:溶剂=1:20～1:50加入溶剂，超声分散20～60min；以质量比磷酸铁锂:有机物单体=10:1～1:10加入有机物单体，以质量比磷酸铁锂:离子液体=10:1～1:10加入离子液体单体；以引发剂与单体总质量比为0.01:1～0.1:1加入引发剂；以交联剂与单体总质量比为0.01:1～0.1:1加入交联剂；在惰性气体保护下，在常温～90℃下回流反应4～40h，得到离子液体聚合物包覆的磷酸铁锂粉体；