[发明专利]一种复合导电剂包覆磷酸铁锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合导电剂包覆磷酸铁锂材料及其制备方法和应用。本发明中首先采用阴离子交换树脂吸附高铁酸钾，再用活性炭包裹烧结的方式制备出多孔碳/氧化铁，提前在铁源中添加一部分碳源，然后采取液相混合的方式制备磷酸铁锂前驱体，同时加入高分子导电化合物聚苯胺。这种全新的方式减去了球磨的环节同时液相法又保证了物料混合的均一性。采用多孔碳/氧化铁为铁源和碳源，并用聚苯胺填充材料后，容易在电极中构建点、线、面均匀结合的三维导电网络，可有效改善磷酸铁锂材料的电导率；并且以多孔碳/氧化铁为铁源和碳源合成的磷酸铁锂具有一定的多孔通道，有利于电解液的浸润，综上能大大改善电池倍率性能和高温循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合导电剂包覆磷酸铁锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

当前，锂离子电池正极材料已经越发受到人们的关注和应用。为了提高锂离子电池的输出电压、比容量和循环寿命，人们正研究开发具有高电压、高容量和良好可逆性的正极材料。具有橄榄石结构的磷酸铁锂，具有原材料资源丰富、价格便宜、无吸湿性、无毒、环境友好、热稳定性好、安全性高等优点，能可逆地脱嵌锂离子，理论容量为170mAh/g，相对于锂金属负极具有3.4V的稳定放电平台。但同时磷酸铁锂材料的导电性比较差，其本征电导率为10^-10～10^-9s/cm。传统的炭黑及石墨类导电剂能有效填充正极材料颗粒间隙，但远程颗粒连接效果较差，导电能力受限，并且小颗粒导电炭黑SP易陷于活性材料空隙中，导电性能变差。如何研发提高磷酸铁锂的电导率，成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合导电剂包覆磷酸铁锂材料的制备方法，以解决现有技术中磷酸铁锂材料电导率差的问题，从而有效地改善磷酸铁锂电池的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合导电剂包覆磷酸铁锂材料的制备方法，步骤如下：

S1、将高铁酸钾溶于水配置成溶液，然后在搅拌条件下，将溶液加入到弱碱型阴离子交换树脂中，使溶液被弱碱型阴离子交换树脂吸附；其中，高铁酸钾的作用是提供铁源和可供弱碱型阴离子交换树脂吸附的阴离子；由于高铁酸钾有很强的氧化性，极易溶于水，与水反应后，产生大量的OH^-和三价铁离子，同时由于弱碱型阴离子交换树脂对OH^-十分敏感，被弱碱型阴离子交换树脂吸附的氢氧根与铁离子反应后形成Fe(OH)₃并沉淀在树脂内，因此Fe(OH)₃在树脂上均匀分布，作为铁源以利于后续反应的发生。

S2、将吸附有溶液的弱碱型阴离子交换树脂经过清洗后进行烘干；优选的，清洗的方法为用水和乙醇交替洗涤3次；

S3、将烘干的弱碱型阴离子交换树脂用活性炭进行包裹，然后在惰性气氛下进行煅烧，煅烧过程中，一方面，弱碱型阴离子交换树脂碳化，其碳化产物与活性炭共同作为碳源导电剂；另一方面，Fe(OH)₃分解生成氧化铁；冷却后得到多孔碳/氧化铁材料；优选的，所述煅烧的温度为700～900℃，时间为0.5-3h。

S4、将多孔碳/氧化铁材料和聚苯胺分散在稀硫酸中，混合均匀后，加入磷酸二氢锂得到混合液；混合液放于室温环境中进行反应10～12h后，过滤得到固体物质，将固体物质洗涤至中性后进行干燥，得到磷酸铁锂前驱体；优选的，所述洗涤的方法为先用去离子水洗，然后用乙醇洗。

S5、将磷酸铁锂前驱体置于氩气气氛等惰性气氛中进行煅烧，得到目标产物，即复合导电剂包覆磷酸铁锂材料。优选的，所述煅烧分为两段，包括一次煅烧和二次煅烧；其中，一次煅烧的温度为300～400℃，时间为1-3h；二次煅烧的温度为600～700℃，时间为4-8h。煅烧过程中多孔碳将三价铁还原为二价铁，进入晶格，形成LiFeO₄的晶体结构。

本发明的另一个目的是提供由上述所述的制备方法制得的复合导电剂包覆磷酸铁锂材料。