[发明专利]磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种磷酸铁锂复合正极材料，其特征在于，包括磷酸铁锂复合纳米颗粒和包裹在所述磷酸铁锂复合纳米颗粒表面的碳包覆层；所述磷酸铁锂复合纳米颗粒和所述碳包覆层中均匀分布有掺杂金属元素，所述掺杂金属元素包括铝、镁、铬、锆、钒和钴中的一种或多种，所述碳包覆层包括依次包覆在所述磷酸铁锂复合纳米颗粒表面上的无定型碳层和石墨化碳层；所述石墨化碳层和所述无定型碳层的质量比为1∶(0.5-3)；所述石墨化碳层和所述无定型碳层的厚度比为1∶(2-5)；所述磷酸铁锂复合正极材料中，所述碳包覆层的厚度为5-10nm，碳元素的质量百分比含量为0.5%-4.0%，所述磷酸铁锂复合正极材料的粒径为50nm-120nm。

2.一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备第一溶液，所述第一溶液中溶解有锂源、铁源、磷源和络合剂，所述第一溶液的pH小于或等于4；所述络合剂包括醋酸；所述铁源和所述络合剂的摩尔比为1:(0.5-3)；

（2）制备第二溶液，所述第二溶液中溶解有碳源和掺杂金属盐；所述掺杂金属盐包括可溶性的铝盐、镁盐、铬盐、锆盐、钒盐和钴盐中的一种或多种；所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、淀粉和聚乙二醇中的一种或多种；所述碳源的质量占所述锂源、铁源和磷源三者总质量的20%-50%；

（3）将所述第一溶液加热至40-100℃后，向所述第一溶液中缓慢加入所述第二溶液，停止加热并搅拌均匀得到混合溶液，所述混合溶液发生放热反应，所述混合溶液中的溶剂被所述放热反应释放的热量蒸发完后，得到前驱体，然后对所述前驱体进行预处理，所述预处理包括真空干燥和粉碎处理；

（4）取一定量的所述预处理后的前驱体，在惰性气体环境中，升温至300-500℃下进行第一次烧结，然后通入醇-水混合物并继续升温至600-800℃，进行第二次烧结，然后冷却并收集得到磷酸铁锂复合正极材料；所述醇-水混合物相对于所述预处理后的前驱体的添加量为50-500mL/kg，所述醇-水混合物中，所述醇的质量百分数为50％-90％；

所述磷酸铁锂复合正极材料包括磷酸铁锂复合纳米颗粒和包裹在所述磷酸铁锂复合纳米颗粒表面的碳包覆层；所述磷酸铁锂复合纳米颗粒和所述碳包覆层中均匀分布有掺杂金属元素，所述掺杂金属元素包括铝、镁、铬、锆、钒和钴中的一种或多种，所述碳包覆层包括依次包覆在所述磷酸铁锂复合纳米颗粒表面上的无定型碳层和石墨化碳层；所述石墨化碳层和所述无定型碳层的质量比为1∶(0.5-3)；所述石墨化碳层和所述无定型碳层的厚度比为1∶(2-5)；所述磷酸铁锂复合正极材料中，所述碳包覆层的厚度为5-10nm，碳元素的质量百分比含量为0.5%-4.0%，所述磷酸铁锂复合正极材料的粒径为50nm-120nm。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二次烧结过程中，所述醇-水混合物包括至少一种C1-C4醇溶液。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锂源、所述铁源和所述磷源的摩尔比为(1±0.07):(1±0.03):(1±0.07)；其中，所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；所述铁源包括硝酸铁和氯化铁中的一种或多种；所述磷源包括磷酸、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液和所述第二溶液的体积比为（1-100）:1。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烧结过程中，以1-5℃/min速率升温至300-500℃，所述第一次烧结的烧结时间为4-5小时；所述第二次烧结过程中，以5-20℃/min速率升温至600-800℃，所述第二次烧结的烧结时间为8-12小时。

7.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1所述的磷酸铁锂复合正极材料或如权利要求2-6任一项所述的制备方法制备得到的磷酸铁锂复合正极材料。