[发明专利]一种阴阳离子掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电化学电源中的锂离子电池正极材料领域，特别涉及一种阴阳离子共掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

自1996年，日本的NTT首次报导了橄榄石结构的AMPO₄（A为碱金属，M为Co、Fe两者之组合LiFeCoPO₄）可以用来作为锂离子电池正极材料，1997年美国德克萨斯州立大学里的Goodenough课题组的Padhi在研究具有框架结构材料（framework compounds）时发现了磷酸铁锂材料具有可逆性地脱出嵌入锂离子的特性。美国日本不约而同地对橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料进行报道引起了广泛的关注，产业化进程得到了飞速的发展。

磷酸铁锂晶体为橄榄石结构分类中的一种，具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、安全性好、循环次数多，寿命长、制造成本低廉等优点，但同样也存在着振实密度低、电子电导率低、锂离子扩散效率小等缺点，为了克服磷酸铁锂正极材料的缺点，国内外对其进行了大量的研究，主要对其进行包覆与掺杂改性。

目前国内外已经能实现磷酸铁锂正极材料的量产化，但企业中所制得磷酸铁锂正极材料的稳定性能都不是很好，影响了电池的组装及电池的性能，就可能影响到一个大功率电池组的中的某个电池，从而影响到整个电池组。因此需要对它进行包覆掺杂改性研究，以获得比容量高且稳定的磷酸铁锂正极材料。

发明内容

本发明提出了一种阴阳离子掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备及其制备方法，解决了磷酸铁锂正极材料稳定性差、比容量不高等问题，优化了固相生产磷酸铁锂材料的方法。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明阴阳离子掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料，其特点在于：所述磷酸铁锂正极材料的通式为LiFe_（1-x）V_xPO_（4-y）F_y/C，其中0≤x≤0.05，0≤y≤0.05，0≤x+y≤0.1。

本发明阴阳离子掺杂碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特点在于：

按照Li⁺：Fe²⁺：PO₄^3-：V⁵⁺：F^-=1.05：（1-x）：1：x：y的摩尔比称取锂源、铁源、磷源、钒源和氟源并混合获得原料组，在所述原料组中加入混合介质后进行湿法球磨，烘干研磨，于氮气保护下的管式炉中升温至300℃～400℃，保温3～12小时后冷却至室温得前驱体；由于Li易挥发，烧结过程中容易损失，所以锂源加入的摩尔比选用1.05。

在所述前驱体中加入碳源和混合介质进行湿法球磨，烘干研磨，在氮气保护下升温至600℃～750℃，保温5～15小时，冷却至室温即得到磷酸铁锂正极材料。

优选的，所述锂源选自氢氧化锂及碳酸锂中的一种或两种按任意比例混合；所述铁源选自醋酸亚铁及草酸亚铁中的一种或两种按任意比例混合；所述磷源选自磷酸铵、磷酸氢铵及磷酸二氢铵中的一种或几种按任意比例混合；所述钒源选自五氧化二钒及偏钒酸铵中的一种或两种按任意比例混合；所述氟源选自氟化铵及氟化锂中的一种或两种按任意比例混合；所述碳源选自沥青、聚乙烯醇、石墨烯、乙炔黑、葡萄糖及聚乙烯中的一种或几种按任意比例混合；所述混合介质选自丙酮、无水乙醇及环己烷中的一种或几种按任意比例混合。

优选的，所述湿法球磨的转速为300r/min，时间为10～16小时。

所述烘干是在鼓风干燥箱中以50℃～80℃的条件干燥20min～60min。

所述碳源加入量为前驱体质量的5%～10%。

在原料组中加入的混合介质与原料组的体积质量比为2mL/3g，在前驱体中加入的混合介质与前驱体的体积质量比为3mL/g。

所述升温至300℃～400℃的升温速率为1℃/5min～1℃/min。

所述升温至600℃～750℃的升温速率为1℃/3min～2℃/min。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过对磷酸铁锂正极材料碳包覆及掺杂研究，提升了磷酸铁锂正极材料的电子电导率，减小了磷酸铁锂材料的粒子半径，并增加了磷酸铁锂材料的稳定性能。