[发明专利]一种碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，涉及锂离子电池正极材料技术领域，包括以下步骤：将生物质粉碎，经预处理后，得到生物质粉；将生物质粉加入到铁盐水溶液中，搅拌，然后边滴加氨水溶液边搅拌，直至不再产生沉淀，过滤、洗涤，得沉淀物；在保护气氛下，将沉淀物经碳化、活化处理后得到纳米级产物铁氧化物/碳复合材料；再按照磷酸铁锂的化学计量比，将其与锂源、磷源混合，在保护气氛下进行高温煅烧，即得。本发明以生物质为碳源，通过将氢氧化铁在高温下分解产生氧化物与碳源碳化相结合，将铁源更好的分散在生物碳中，再与锂源、磷源混合煅烧，制得的目标产物纯度高、结晶完好、容量高、循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种高性能的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比容量和工作电压，已经成为当前电化学储能领域的主流技术，并被广泛地应用于笔记本电脑、智能手机和数码相机等可携带电子器件和高端电子产品中。此外，其在动力汽车上的应用也引发了汽车动力系统格局的重大变革，显著降低了人类对传统化石能源的依赖。根据电池正极材料的不同，锂离子电池可分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂电池等多种类型。其中磷酸铁锂(LFP)相较于其他电池正极材料，具有安全性高、稳定性强、成本低、资源丰富和循环寿命长等优点。但它的电子导电性和离子扩散速率均比较低，严重影响了电化学性能，使得LFP电池在与三元锂电池的竞争中处于劣势。近年来LFP技术实现突破性进展，尤其是CTP技术及刀片电池技术使磷酸铁锂的体积能量密度进一步提升至NCM523甚至NCM622体系水平，重新具备市场竞争力。但总体上磷酸铁锂的市场依然处于低端产能过剩的状态，开发磷酸铁锂的高性能制备以及电化学性能改性强化技术，尤其是提升可逆容量、倍率性能以及低温性能等，对提高磷酸铁锂电池产能和产品质量尤为重要。

目前大多数厂家仍然采用传统高温固相法或碳热还原法进行LFP材料的规模化生产(此类方法常以三价铁化合物(如Fe₂O₃或者FePO₄等)为铁源)，而三氧化二铁、磷酸铁的性能稳定，工业化地三氧化二铁、磷酸铁原料颗粒较大，如经简单混合后进行固相烧结，原子需经过较长距离扩散才能完全生成磷酸铁锂。在这种情况下，即使经长时间保温，原料也不能完全生成磷酸铁锂，为将其细化，需要通过超细研磨等方法，降低Fe₂O₃或者FePO₄的粒度，因而该方法存在着对设备要求高、能耗大、成本高、颗粒均匀度较差等问题。以为Fe₂O₃铁源的方法制备的磷酸铁锂材料虽然加工性能较优，如吴双等(吴双.LiFePO₄前驱体制备与LiFePO₄的高温合成动力学[D].江苏镇江：江苏科技大学，2019:18-20)选择Fe₂O₃为铁源、LiH₂PO₄为磷源和锂源，加入碳的质量分数为10％，其制备的LiFePO₄/C复合材料，0.1C首次放点比容量仅为138.7mAh/g；如专利申请号CN200510032593.0其以Fe₂O₃为铁源制备的磷酸铁锂0.2C下首次放电比容量低于160mAh/g；以FePO₄为铁源制备的磷酸铁锂，虽然0.2C首次放电比容量可达165mAh/g以上，但其压实密度等加工性能反而有所降低，并且原料磷酸铁的品质对磷酸铁锂性能尤其倍率性能的影响较大。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高性能的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，以生物质为碳源，通过将氢氧化铁在高温下分解产生氧化物与碳源碳化相结合，将铁源更好的分散在生物碳中，再与锂源、磷源混合煅烧，制得的目标产物纯度高、结晶完好、容量高、循环稳定性好。

本发明提出的一种高性能的碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生物质粉碎，经预处理后，得到生物质粉；