[发明专利]一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法

权利要求书

1.一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备碳材类液体材料；

所述碳材类液体材料包括具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料和类石墨烯类液体材料；

所述具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料制备过程为：首先将含碳材料置于体积比为(1～3)∶1的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，超声反应10～20小时，然后用去离子水稀释，静置分层后，取下层液体离心洗涤至pH值介于5～6之间，干燥得到羧酸化碳材料；然后取羧酸化碳材料与去离子水按质量比1∶(5～100)混合并超声分散，升温到70～90℃后滴加质量比为10％的十八叔胺聚氧乙烯醚/甲醇溶液至pH值为中性，磁力搅拌下反应18～36小时，然后再离心分离出黑色溶胶，用丙酮和去离子水反复冲洗黑色溶胶以去除多余的十八叔胺聚氧乙烯醚，最后真空干燥得到具有长分子链枝节结构的碳材类液体材料；

所述类石墨烯类液体材料制备过程为：首先将质量比为(1～4)∶1的石墨粉与硝酸钠固体混合物加入到冰水浴的浓硫酸中，再分次加入石墨粉质量5～8倍的高锰酸钾，持续搅拌控制反应温度不超过50℃，再分次加入大量去离子水，控制溶液温度在90～100℃之间，搅拌1.5～2小时后加入双氧水直至悬浊液变成亮黄色，然后用浓度为1～10％的稀盐酸离心洗涤至氯化钡溶液无法检出硫酸根离子为止，再用去离子水反复离心洗涤至pH值为中性，超声1.5～3小时后加入NaOH溶液调节pH值为10～12并保持3～10小时，再加入过量硼氢化钠并升温到80～90℃反应24～48小时过滤，将过滤所得固体物用甲醇和水反复离心洗涤至pH值接近中性，最后真空干燥得到类石墨烯类液体材料；

步骤2：将步骤1获得的碳材类液体材料分散于有机醇溶液中，水浴加热的同时进行超声处理形成类液体悬浊液，其中碳材类液体材料在有机醇溶液中的含量为1～35g/L；

步骤3：将固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料加入到步骤2所得类液体悬浊液中，混合均匀并干燥得到碳材类液体与磷酸铁锂前驱体材料的混合物；其中所述固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料包括锂源、铁源和磷源，所述固相反应合成磷酸铁锂所需前驱体材料中锂、铁和磷的摩尔比为：Li∶Fe∶P＝1∶1∶1；磷酸铁锂的理论合成量与碳材类液体的质量比为1∶(0.005～0.2)；

步骤4：将步骤3所得碳材类液体与磷酸铁锂前驱体材料的混合物在0.05～10L/min的氮气、氩气或者它们与氢气的混合气氛下，升温至300～450℃下保温1～6小时，再升温至600～850℃保温1～25小时，最后降至400℃并随炉冷却到室温，得到最终的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料。

2.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述含碳材料为石墨、乙炔黑、碳黑、碳纳米管中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述有机醇溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、丁二醇、丁三醇、丁四醇、新戊醇或新戊二醇溶液中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3所述混合均匀是通过球磨、研磨、液相分散搅拌、喷雾混合中的一种或多种方法实现。

5.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氧化锂、磷酸锂或磷酸二氢锂的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述铁源为草酸亚铁、磷酸亚铁、磷酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁或磷酸亚铁铵的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢铵、磷酸二氢锂、磷酸铁或磷酸的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中的水浴加热温度为30～90℃。

9.根据权利要求1所述的表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤4中的升温速度和降温速度为3～15℃/min。