[发明专利]一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤（一）制备球形磷酸铁：

(1)将二价铁源与水配制成含铁量为8～10％的二价铁源溶液，将磷源与水配制成含磷量为5～8％磷源溶液；

(2)将配制好的二价铁源溶液、磷源溶液、氧化剂和沉淀剂同时加至反应釜内，反应釜的搅拌转速为550～600rpm，体系的p H值控制在8～9范围内，反应温度控制在90～100℃，反应时间为5～8h，充分反应后研磨后得到二水磷酸铁料浆，通过热干空气气流喷雾干燥得到球形磷酸铁；

步骤（二）制备磷酸铁锂前驱体：

分别称取磷酸铁、锂源、碳源和表面活性剂，加入无水乙醇，球料质量比为3∶1，浆料固含量为50～60％，混合均匀后进行以650～800rpm转速球磨8～10h，然后在90～100℃真空干燥得到磷酸铁锂前驱体粉；

步骤（三）制备有机氮源包覆液：

将导电剂和有机溶剂加入到反应容器中，超声分散1～2h形成悬浊液，加入有机氮源，继续超声1～2h，加入氨水调节溶液pH至8～9，继续超声1～2h，反应容器密封，并放置于烘箱中，在180～220℃下反应24～36h，即得有机氮源包覆液；

步骤（四）制备氮参杂碳包覆磷酸铁锂：

将磷酸铁锂前驱体材料粉碎后，加入到有机氮源包覆液中浸泡，其中磷酸铁锂前驱体和有机氮源固体的质量比为1:0.1～0.3，进行包覆，并经过湿法研磨混合分散5～8h，喷雾干燥得到机氮源包覆磷酸铁锂前驱体粉末，将物料置于N₂保护下的管式马弗炉中烧结，冷却后过筛即得高容量高压实密度的氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料。

2.如权利要求1所述的一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述的二价铁源溶液中的铁：磷源溶液中的磷：氧化剂：沉淀剂的摩尔比例为1：1～1.05：0.3～0.4：0.2～0.5；

所述的二价铁源为醋酸亚铁、硝酸亚铁或硫酸亚铁中的一种或几种；所述的磷源为磷盐和磷酸的任意比例混合，其中磷盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠中的一种或几种；所述的氧化剂为过氧化氢和过氧乙酸中的一种或两种；所述的沉淀剂为氨水、氢氧化钠、尿素中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨后磷酸铁料浆的粒径为0.1～0.3μm；喷雾空气的压力为0.8～1.2MPa；所用热干空气的温度为200-300℃。

4.如权利要求1所述的一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述磷酸铁的铁：锂源中的锂和碳源中的碳的摩尔比例为1～1.05:1:0.05～0.08；表面活性剂的添加量为磷酸铁、锂源和碳源质量之和的3～5%；

所述的锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种或几种；所述的碳源为聚乙烯醇、蔗糖、可溶性淀粉、纤维素、坏血酸、酚醛树脂中的一种或几种；所述的表面活性剂为硬脂酸铵、十二烷基苯磺酸、二乙醇胺、吐温80中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述导电剂、有机溶剂、有机氮源的质量比为1:100～150:5～8；

所述的导电剂为乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种；所述的有机溶剂为乙醇、正己烷、N ,N-二甲基甲酰胺、甲基叔丁基醚中的一种或几种；所述的有机氮源为硼氮源、氮磷源、氮硫源，其中硼氮源选自吡啶硼酸和咪唑硼酸中的一种或两种；氮磷源选自N-（膦羧甲基）亚氨基二乙酸；所述氮硫源选自巯基咪唑类化合物、巯基嘧啶类化合物和巯基嘌呤类化合物中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（四）中所述研磨后包覆的磷酸铁锂前驱体料浆的粒径为0.5～1.5μm；喷雾空气的压力为0.2～0.5MPa；所用热干空气的温度为150～200℃。