[发明专利]一种碳掺杂硼酸铁锂的制备方法

说明书

本发明公开一种碳掺杂硼酸铁锂的制备方法。将二茂铁硼酸加入甲苯中，搅拌混合均匀，再加入碳酸锂，然后经过砂磨机砂磨，砂磨至浆料粒径为100‑150nm，然后一次喷雾干燥，得到一次喷雾干燥料，一次喷雾干燥料放入辊道炉内一次煅烧，得到一次煅烧料，将一次煅烧料加入二甲苯和石蜡，加入到球磨机内充分研磨至一次煅烧料粒径为1‑2μm，然后二次喷雾干燥，得到二次喷雾干燥料，进行二次煅烧，二次煅烧料经过气流粉碎后，筛分、除铁和真空包装，得到碳掺杂硼酸铁锂。本发明制备的硼酸铁锂稳定性好，电化学性能好，0.1C首次放电容量可≥200mA.h/g，且循环性能和倍率性能好，低温性能优异。

技术领域

本发明涉及一种碳掺杂硼酸铁锂的制备方法，属于新能源电池材料领域。

背景技术

硼酸铁锂(LiFeBO₃)作为高容量锂电池阴极材料，理论比容量为220mAh/g,磷酸铁锂理论比容量仅为170mAh/g，更好导电性，极小体积变化率(～2％)。从结构来说，硼酸根(BO₃)比(PO₄)摩尔质量小(58.895)，且硼酸铁锂结构能够同时提供锂离子导电和电子导电。制备这一材料需要十分谨慎，因为一旦和湿气接触，这一材料电化学性能将会快速变差。

目前常规的方法得到的产品比表面积大，容易吸收湿气和氧气而导致产品性能下降。

因此，对环境中的微量水和氧气及其敏感，成为制约其发展的瓶颈，所以需要对硼酸铁锂进行包覆，可以部分的阻挡水汽和氧气对其的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳掺杂硼酸铁锂的制备方法，经过两步煅烧，第一步煅烧可以制备得到碳掺杂的硼酸铁锂，第二步再进行碳包覆，可以形成一层包覆层，即可以阻止氧气和水汽的浸入，同时碳掺杂可以进一步提高硼酸铁锂的导电性，大大降低了粉末内阻，根据测量，本发明制备的材料的粉末内阻≤1Ω.cm(10MPa),远低于相似组成的其他正极材料，如磷酸铁锂等材料，本发明制备的硼酸铁锂稳定性好，电化学性能好，0.1C首次放电容量可≥200mA.h/g，且循环性能和倍率性能好，低温性能优异。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种碳掺杂硼酸铁锂的制备方法，其为以下步骤：

将二茂铁硼酸加入甲苯中，搅拌混合均匀，再加入碳酸锂，然后经过砂磨机砂磨，砂磨至浆料粒径为100-150nm，然后一次喷雾干燥，得到一次喷雾干燥料，一次喷雾干燥料放入辊道炉内一次煅烧，得到一次煅烧料，将一次煅烧料加入二甲苯和石蜡，加入到球磨机内充分研磨至一次煅烧料粒径为1-2μm，然后二次喷雾干燥，得到二次喷雾干燥料，进行二次煅烧，二次煅烧料经过气流粉碎后，筛分、除铁和真空包装，得到碳掺杂硼酸铁锂；

一次喷雾干燥过程，保持进风温度为250-350℃，干燥塔内的温度为110-125℃，出料温度≤85℃，出料物料粒径≤5μm，蒸发出的甲苯蒸汽经过冷凝后回收；

一次煅烧过程，整个煅烧周期为25-30h,其中升温段时间为8-12h，保温段时间为8-12h，降温段时间为6-9h，在升温段，从室温到400℃时，升温速度为120-150℃/h，400-550℃时，升温速度为20-50℃/h，550℃至保温段温度，升温速度为80-120℃/h，保温段的保温温度为700-750℃，煅烧时采用氮气气氛；

二次喷雾干燥过程，保持进风温度为300-400℃，干燥塔内的温度为135-145℃，出料温度≤85℃，出料物料粒径≤10μm，蒸发出的二甲苯蒸汽经过冷凝后回收；

二次煅烧整个煅烧周期为15-20h，升温段的升温速度为100-150℃/h，保温段的保温温度为600-650℃，保温时间为4-6h，煅烧时采用氮气气氛；