[发明专利]碳复合磷酸铁锂正极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种碳复合磷酸铁锂正极材料、其制备方法及应用。其包括：使锂源、第一磷源、第一亚铁盐和纳米级碳包覆磷酸亚铁及第一溶剂进行水热合成反应，得到碳复合磷酸铁锂前驱体；在惰性气氛或还原气氛下，使碳复合磷酸铁锂前驱体进行焙烧，得到碳复合磷酸铁锂正极材料。纳米级碳包覆磷酸亚铁中亚铁离子会缓慢释放到反应体系中，这使得水热合成反应过程中，磷酸铁锂颗粒的形成存在速度差异，从而使得磷酸铁锂粒径产生级配，通过不同粒径的磷酸铁锂交替析出能够大大减少碳复合磷酸铁锂前驱体中颗粒间的空隙。相应地，经过焙烧后，所制备碳复合磷酸铁锂正极材料具有较高的压实密度和较优秀的电化学性能。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂正极材料制备领域，具体而言，涉及一种碳复合磷酸铁锂正极材料、其制备方法及应用。

背景技术

近几年，新能源汽车作为新兴的高效清洁交通工具得到广泛的认可和推广。作为新能源汽车的核心零部件，锂离子动力电池技术成为新能源汽车产业发展的核心，在保证能量密度的同时，对动力电池降低成本和提高安全性能，提出了越发迫切的需求。而磷酸铁锂材料具有来源广泛、成本低、毒性小、易回收、安全性能好、使用寿命长和比容量高等优点，是目前最具有潜力的正极材料之一。

目前，磷酸铁锂材料的制备方法主要有固相法和水热法。传统的固相法需要较高的烧结温度，且物相不均匀，颗粒尺寸较大，一致性较差等缺点。而通过水热法，可以制备出物相均匀，粒径小，结晶性好的材料，因此水热法制备的磷酸铁锂材料具有较高的克容量和较优秀的倍率性能，且碳包覆更加均匀，循环寿命更长。但正是由于粒径均一且较小，颗粒与颗粒间有很多空隙无法被填充，导致一般水热法制备出的纳米磷酸铁锂材料压实密度较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳复合磷酸铁锂正极材料、其制备方法及应用，以解决现有的水热法制得的磷酸铁锂材料存在压实密度较低的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种碳复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，碳复合磷酸铁锂正极材料的制备方法包括：使锂源、第一磷源、第一亚铁盐和纳米级碳包覆磷酸亚铁及第一溶剂进行水热合成反应，得到碳复合磷酸铁锂前驱体；在惰性气氛或还原气氛下，使碳复合磷酸铁锂前驱体进行焙烧，得到碳复合磷酸铁锂正极材料。

进一步地，水热合成反应中，锂源中锂元素、第一亚铁盐和纳米级碳包覆磷酸亚铁中的铁元素之和、第一磷源的磷元素的摩尔数之比为(1～3):(0.97～1):1；优选地，以占纳米级碳包覆磷酸亚铁的重量百分含量计，碳的包覆量为0.5～5.0％；优选地，第一亚铁盐中铁元素与纳米级碳包覆磷酸亚铁中的铁元素的摩尔数之比为2:8～8:2。

进一步地，水热合成反应的温度为100～300℃，反应时间为2～24h；优选地，水热合成反应的温度为110～180℃，反应时间为5～10h。

进一步地，焙烧过程的温度为500～800℃，焙烧时间为5～12h；优选地，焙烧过程的温度为600～700℃，焙烧时间为6～8h。

进一步地，在进行水热合成反应之前，碳复合磷酸铁锂正极材料的制备方法包括制备纳米级碳包覆磷酸亚铁的步骤，包括：在惰性气氛或还原气氛下，使碳源、第二亚铁盐和第二磷源及第二溶剂进行蒸发，得到凝胶化合物；使凝胶化合物进行烧结炭化，得到纳米级碳包覆磷酸亚铁。

进一步地，蒸发过程中，碳源、第二亚铁盐和第二磷源的摩尔数之比为(0.1～0.6):(0.98～1):(1～1.05)；优选地，碳源为无机碳源，更优选为碳纳米管、碳纳米线、碳纳米片、石墨烯、碳微球或超级炭黑中的一种或多种。

进一步地，制备纳米级碳包覆磷酸亚铁的步骤还包括：在蒸发过程中加入有机助剂，其中有机助剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯醚、羟乙基纤维素中的一种或多种；优选地，无机碳源与有机助剂的重量比为100:(50～1000)。