[发明专利]一种碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料的制备方法，包括将铁源、磷源、锂源和葡萄糖酸盐混合于溶剂中，得到混合液；研磨所述混合液得到浆料，干燥所述浆料，得到前驱体；将所述前驱体在惰性气氛中进行烧结，即得到所述碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料。本发明方法制备得到了比容量和导电性能优异的材料，在锂离子电池领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来新能源汽车市场爆发式增长，因而促使锂离子电池产业也随之快速发展。磷酸铁锂作为锂离子电池主流的正极材料之一，橄榄石结构的磷酸铁锂材料具有循环寿命长、资源丰富、价格低廉、对环境污染小和化学稳定性好等优点，并且随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，采用磷酸铁锂正极的锂离子电池被认为是储能市场的最有力竞争者，因此磷酸铁锂的市场需求量将继续快速增长。

但是磷酸铁锂材料尚存在电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点，此外，磷酸铁锂正极材料呈弱碱性，会出现材料表面析锂、电子导电性差、电化学性能下降等问题，影响锂离子电池的性能。目前，改善磷酸铁锂性能的方法包括高价金属离子掺杂、表面碳包覆、形貌尺寸控制等。

专利CN114455563A将磷酸铁、锂源和掺杂剂混合，经研磨处理得到混合材料，然后对得到的混合材料进行喷雾干燥，经煅烧处理后得到所述改性磷酸铁锂材料。所述改性磷酸铁锂材料的0.1C充电比容量可达157.6mAh/g以上，0.1C放电比容量可达151.7mAh/g以上，1C放电比容量可达136.6mAh/g以上，5C放电比容量可达117.7mAh/g以上。

专利CN114335478A将适量的铁源、磷源、锂源、氢氧化镁、PEG-400、碳源固相混合后经球磨、喷雾干燥、高温烧结，得到高振实密度的镁掺杂磷酸铁锂/碳复合微球，所制备的材料具有电子电导率和离子扩散率高、倍率性能和循环性能好，振实密度高，能用于生产中大容量、中高功率的锂离子电池。

上述现有技术中，合成磷酸铁锂材料的制备方法通常是将铁源(磷酸铁)、锂源(碳酸锂)、碳源(葡萄糖)以及掺杂的金属源(镁、镍等)在经过研磨混合之后进行高温煅烧得到碳包覆的磷酸铁锂材料。这类方法存在的缺点包括：1、所用的碳源、金属源材料等原料都是单纯的物理混合，难以混合均匀，导致合成得到的磷酸铁锂晶体有缺陷；2、涉及原料较多、引入其他杂质的几率大，影响产物磷酸铁锂的纯度。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料的制备方法。该方法采用葡萄糖酸盐为碳源、金属源，金属离子与葡萄糖酸根离子之间有化学键作用，可以使得碳包覆和金属掺杂更均匀。

本发明技术方案的基本构思如下：

一种碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铁源、磷源、锂源和葡萄糖酸盐混合于溶剂中，得到混合液；

(2)研磨所述混合液得到浆料，干燥所述浆料，得到前驱体；

(3)将所述前驱体在惰性气氛中进行烧结，即得到所述碳包覆金属掺杂磷酸铁锂材料。

作为一种案例，所述铁源、磷源、锂源和葡萄糖酸盐的摩尔比为(1～1.15):(1～1.15)：(1～1.15)：(0.06～0.1)。

作为一种案例，所述步骤(2)中，研磨的方法为：先以150-300rmp/min研磨1～3h，再以300～500rmp/min研磨1～3h。

可选地，所述浆料的研磨粒度控制在200～500nm；

可选地，所述浆料在80～120℃干燥8～12h，得到所述前驱体。