[发明专利]一种磷酸铁锂碳气凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂碳气凝胶复合材料的制备方法，将磷源、铁源、锂源与碳源、有机分散剂混合，在球磨机中混合得到混合浆料A，将混合浆料A干燥、破碎后得到磷酸铁锂前驱体；将磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下烧结，制得碳包覆磷酸铁锂材料；采用碳热还原法制备出LiFePO₄/C，将三价铁还原为二价铁，实现一步还原；将碳包覆磷酸铁锂材料进行颗粒粉碎，制得碳包覆的磷酸铁锂碳气凝胶复合材料。本发明将多孔碳气凝胶与磷酸铁锂复合，在磷酸铁锂表面形成一层多孔碳膜，有利于电解液浸润，提供更多锂离子扩散通道，以改善磷酸铁锂电池电化学性能，其制备方法可直接并入磷酸铁锂产业化生产，无需调整现有产线。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种磷酸铁锂碳气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

自1997年Goodenough课题组发现磷酸铁锂(LiFePO₄)可作为锂离子电池的正极材料而受到广泛关注，其比容量为170mAh/g，相对于金属锂的电压约3.4V，目前在消费电池、电动工具、电动自行车、电动汽车、通信基站、规模储能等领域有着广泛应用。LiFePO₄具有放电平台稳定、安全性能高、循环使用寿命长、价格便宜、绿色环保等优点，但其电子电导率低(1×10^-9S/cm)，锂离子扩散系数小(1×10^-14cm²/s)，制约着其在大功率电池上的应用。

LiFePO₄主流合成方法有高温固相法、碳热还原法、微波合成法、溶胶凝胶法和水热法。结合LiFePO₄材料存在的问题，当前的改性方法包括表面包覆、离子掺杂和材料颗粒纳米化等。碳包覆改性是对LiFePO₄材料电化学性能较显著的方法，一方面可提高活性材料电子导电性，另一方面可抑制合成过程中颗粒团聚。碳包覆磷酸铁锂复合材料，传统的碳源有无机碳源、有机碳源，其孔隙率有限，在高倍率充放电过程中为锂离子提供传输路径有限，从而影响锂离子嵌出速率。

目前研究工作者在碳包覆磷酸铁锂方向，采取许多有效方法来改善磷酸铁锂材料电化学性能。CN111211311A公开了一种多孔纳米磷酸铁锂复合材料及其制备方法，通过水热法在磷酸铁锂表面包覆硬碳材料及其掺杂氮元素，制备出纳米多孔磷酸铁锂，但该方法前驱体材料制备需要进行水热反应，高温高压下操作，危险系数高，反应结束后依然需要高温烧结，增加了能耗及制作成本；CN102769134B公开了一种锂离子电池正极复合材料LiFePO₄/C的制备方法，通过原位聚合限制法合成了磷酸铁与酚醛树脂的复合物，然后将其与锂盐研磨混合均匀，在保护气氛下烧结制备出LiFePO₄/C复合材料，但该方法存在着酚醛树脂反应过程较难控制，产品一致性难以保证，不利于商业化生产。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的LiFePO₄材料电子传导率低和锂离子扩散系数小，单独采用葡萄糖为碳源进行包覆，其层间距小，影响Li⁺脱嵌效率，且在高压实工艺下材料的吸液、保液能力较差，现有技术准备多孔LiFePO₄复合材料工艺复杂，产品一致性难以保证等技术难题，而提供一种改善碳包覆LiFePO₄工艺、工艺简单、不会引入杂质、适宜于大规模产业化生产的磷酸铁锂碳气凝胶复合材料的制备方法。本发明方法采用多孔碳气凝胶与磷酸铁锂复合，在磷酸铁锂表面形成一层多孔碳膜，有利于电解液浸润，提供更多锂离子扩散通道，以改善磷酸铁锂电池电化学性能。

为实现本发明的上述目的，本发明一种磷酸铁锂碳气凝胶复合材料的制备方法包括以下步骤实施：

(1)将磷源、铁源、锂源按摩尔比混合均匀，形成混合物A；将所述混合物A与碳源、有机分散剂混合，形成混合物B；

(2)将所述混合物B在球磨机中混合得到混合浆料A，采用间歇式湿法球磨，通过控制球磨转速与球磨时间，充分均匀混料；