[发明专利]一种磷酸铁锂覆碳工艺、制得的覆碳磷酸铁锂及其应用

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂覆碳工艺、制得的覆碳磷酸铁锂及其应用，所述工艺，包括以下步骤：S1、将磷酸铁、碳酸锂和第一有机碳源混合制备成浆料，再将所述浆料中的固体颗粒进行砂磨；S2、将步骤S1处理后的浆料干燥后得到的颗粒，进行第二有机碳源液相包覆；S3、再将经步骤S2处理后的物料进行还原固化，得到覆碳磷酸铁锂。以两步多层覆碳的方法制备磷酸铁锂/碳复合纳米材料，利用多步包碳及还原反应得到磷酸铁锂的同时，也将碳复合入基体材料中，解决了碳材料在磷酸铁锂中的包覆不均问题，本发明中内部碳网络及外部碳层，可以有效提高颗粒间及颗粒与集流体间的点接触及电子导电性，从而提高材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种磷酸铁锂覆碳工艺、制得的覆碳磷酸铁锂及其应用。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度大、平均输出电压高、自放电低、无记忆效应、使用寿命长等多种优点广泛应用于各种便携式设备、电动汽车、航天航空、医学、储能等领域，锂离子电池的电性能主要取决于锂离子正极材料。磷酸铁锂是锂离子电池的一种常用正极材料。传统的磷酸铁锂是将一定比例的铁源、锂源、磷源混合后，通过一步法(水热法、高温固相法、机械化学法、微波法)直接反应形成磷酸铁锂，但是这种方式一般工艺过程操作复杂，对设备要求较高，不适宜于大规模工业化生产。目前，一些工业化生产普遍采用品质已经标准化的磷酸铁产品作为前躯体制备磷酸铁锂材料。采用上述磷酸铁前驱体进一步制备铁锂材料的方式，简单易行，品质可控，电化学性质表现较好，因此，该方法已成为锂电行业制备磷酸铁锂的主要方法。将磷酸铁(FePO₄)作为前驱体制备磷酸铁锂(LiFePO₄)的过程中，除了需要添加锂源以供后续锂离子脱/嵌，更重要的是需要将原本前躯体中的Fe³⁺还原成Fe²⁺，即主要是嵌锂和还原过程。其中，还原过程需要提供一定的还原剂和保护气氛，还原剂的种类多种多样，但是基于磷酸铁锂材料本身固有的导电性较差，通常选用碳作为添加剂，既能为铁离子还原做还原剂又能增加材料的导电性。然而，针对磷酸铁锂制备过程中碳源添加剂的选择、残存量和位置将直接影响和合成材料的微观形貌和电化学性能。为能完美地将碳的导电性和还原性的作用充分发挥，诸多科研工作者对磷酸铁覆碳工艺进行探究，出现了碳纳米管掺入磷酸铁锂、包覆型、掺杂型等等，这些工艺对磷酸铁锂导电性能有所改善，但是技术方法主要是集中于碳和磷酸铁锂材料的掺杂，且在低温条件下外部无法形成完整的包覆层，对磷酸铁锂电化学性能的提升水平有限。因此，针对磷酸铁锂的覆碳工艺仍需进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种覆碳效果好的磷酸铁锂覆碳工艺。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种通过上述工艺制得的覆碳磷酸铁锂。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种上述覆碳磷酸铁锂的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种磷酸铁锂覆碳工艺，包括以下步骤：

S1、将磷酸铁、碳酸锂和第一有机碳源混合制备成浆料，再将所述浆料中的固体颗粒磨碎(优选地，通过砂磨进行磨碎操作，使得颗粒更细化均匀)；再将所述浆料中的固体颗粒进行砂磨；

S2、将步骤S1处理后的浆料干燥后得到的颗粒，进行第二有机碳源液相包覆；

S3、再将经步骤S2处理后的物料进行还原固化，得到覆碳磷酸铁锂。

进一步地，所述第一有机碳源为具有还原性的有机碳源；优选地，所述第一有机碳源为葡萄糖。

进一步地，所述磷酸铁、碳酸锂和第一有机碳源的质量比为(100～102)：(25～28)：(10～12.5)优选地，所述磷酸铁、碳酸锂和第一有机碳源的质量比为20:5:2。

进一步地，所述步骤S1的制浆过程中，按照固体在浆液总质量中的质量占比为20～30％的比例添加水；优选地，固体质量占比为25％。