[发明专利]一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途。制备方法包括以下步骤：将磷酸铁锂颗粒、碳源和硫源混合研磨均匀得到混合物，将得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使碳源碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得缺陷型纳米磷酸铁锂。本发明采用水热法合成了50nm量级的LiFePO₄颗粒，再利用高温碳化和硫化，在碳材料中形成硫掺杂，在LiFePO₄结构中形成缺陷，从而改善LiFePO₄的低温循环性能。制备方法工艺简单，操作容易，可以应用到工业化生产中。

技术领域

本发明涉及一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

磷酸铁锂（LiFePO₄）作为正极材料，具有稳定的充放电平台和较高的工作电压，在循环过程中体积变化小，表现出良好的结构稳定性，同时还具有成本但低，环境友好、安全性能高等优点，在新能源电动汽车、储能电站等领域具有大规模应用前景。但磷酸铁锂的本征电导率低（10^-9～10^-10 S/cm），锂离子的活化能也只有0.3-0.5eV，对应的离子扩散系数也只有10-10～10-15 cm²/S，使得其低温和倍率性能较差。

为了改善磷酸铁锂的不足，常用的方法有：制备纳米级或特殊形貌的LiFePO₄颗粒，缩短离子的扩散距离和扩大与电解液的接触面积，从而改善倍率性能；合成碳包覆的LiFePO₄颗粒复合材料，提高电子电导率；金属阳离子掺杂可以改善LiFePO₄的电子电导和离子扩散系数。杂原子掺杂如N，S，B等可以改变碳材料的电子结构，从而提高碳材料对锂离子的吸附能力和自身的电子导电性，是一种改善电池性能的有效方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途，在LiFePO₄结构中形成氧缺陷，改善LiFePO₄的低温循环性能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：将磷酸铁锂颗粒、碳源和硫源混合研磨均匀得到混合物，将得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使碳源碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得缺陷型纳米磷酸铁锂。

所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，具体包括以下步骤：

（a）在磁力搅拌的作用下，将一水氢氧化锂、磷酸、七水硫酸铁、抗坏血酸、水和乙二醇进行混合；

（b）把步骤（a）的反应物转移至水热釜中，在鼓风干燥箱中恒温保温反应；

（c）反应结束，冷却至室温后，多次离心、洗涤后，转移至真空干燥箱中烘干，得到纳米级磷酸铁锂颗粒；

（d）将纳米级磷酸铁锂颗粒、葡萄糖和硫粉混合研磨均匀，得到混合物；

（e）将步骤（d）得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使葡萄糖碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得具有缺陷的纳米磷酸铁锂/碳低温正极材料。

所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（a）中，溶液配置具体为：一水氢氧化锂溶于去离子水形成溶液A，磷酸溶于乙二醇形成溶液B，七水硫酸亚铁和抗坏血酸溶于去离子水形成溶液C，先将溶液B缓慢滴加至溶液A，再滴加溶液C。

所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（a）中，Li:Fe:P摩尔比为2-4:1:1。

所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（b）中，恒温反应温度为160-200℃，保温时间为10-14h。