[发明专利]一种爆炸-自蔓燃法联用复合离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种爆炸‑自蔓燃法联用复合离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：S1、前驱体混合溶液配制：将可溶性锂源、九水硝酸铁、可溶性磷源、可溶性氟化物进行混合，得到混合均匀的前驱体粉末；S2、爆炸‑自蔓燃处理：将氧化铁粉末、钒金属粉末、铝金属粉末、前驱体粉末进行混合均匀得到混合粉末，加入C₃H₆O₆N₆.粉末、PAN粉末，充分混合后在爆炸容器中进行引爆处理，进而引发体系的自蔓燃反应；S3、球磨处理：球磨处理：收集步骤S2的爆炸‑自蔓燃处理产物高速球磨，分离磨球，即可得到最终的产品。本发明的制备方法具有反应速度快、活性成分含量高、电导率高和工艺简单的特点。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂材料技术领域，具体是指一种爆炸-自蔓燃法联用复合离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法。

背景技术

自1997年J.B.Goodnough[J.Electrochem.Soc.，144(1997)1188]研究组率先合成了橄榄石型LiFePO4并将其用作锂离子电池正极材料以来，LiFePO₄因其结构稳定、比容量高、循环寿命长、制造成本低廉、安全性能好以及对环境友好等优点而被认为是未来理想的锂离子动力电池正极材料。

然而，LiFePO₄较低的电子导电率和离子传导速率极大地限制了其在锂离子动力电池领域的实际应用。目前主要提高导电率的改性方法有添加导电剂、粒径控制、 离子掺杂等。

阴阳离子同时掺杂是磷酸铁锂改性研究的方向之一，中国发明专利102583300A公开一种氟、钒离子共掺杂的磷酸铁锂材料及其制备方法。为了进一步提升共掺杂后磷酸铁锂材料的性能，中国发明专利CN110950315A对该方法进行改进，用铝热法制备得到氟、钒离子共掺杂的磷酸铁锂材料，具有能耗低、包覆均匀、导电率高和操作方便的特点。

但是，在实际控制过程中，该方法存在以下限制：如为了保证反应完全，需要加入大量的铝热剂（氧化铁粉末、钒金属粉末、铝金属粉末）；如铝热反应的引燃难度较大；如氟离子会在铝热反应过程中挥发，需要在低温烧结过程中进行二次补氟。

发明内容

本发明的目的是提供一种爆炸-自蔓燃法联用复合离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，具有反应速度快、活性成分含量高、电导率高和工艺简单的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种爆炸-自蔓燃法联用复合离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、前驱体混合溶液配制：将可溶性锂源、九水硝酸铁、可溶性磷源、可溶性氟化物按离子的摩尔比 Li⁺ ∶Fe³⁺ _1-y-2z∶ PO₄^3-∶F^-＝0.97～1.05∶1∶1-x∶3x进行混合，得到混合均匀的前驱体粉末；

S2、爆炸-自蔓燃处理：将氧化铁粉末、钒金属粉末、铝金属粉末按照z:y：2z的摩尔比加入（1-y-2z）摩尔配比九水硝酸铁对应的前驱体粉末进行混合均匀得到混合粉末，加入质量配比为混合粉末10～15%的C₃H₆O₆N₆.粉末、3～5%的PAN粉末，充分混合后在爆炸容器中进行引爆处理，进而引发体系的自蔓燃反应；

S3、球磨处理：球磨处理：收集步骤S2的爆炸-自蔓燃处理产物转移到球磨罐中，干法高速球磨混合2～8小时，分离磨球，即可得到最终的产品;

其中，0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.02。

进一步地，PAN粉末中混合有3～5%硼酸。。