[发明专利]一种高比容量的磷酸铁锂电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种高比容量的磷酸铁锂电极材料及其制备方法。包括以下步骤：氧化铁粉末作为铁源，盐酸多巴胺(PDA)作为碳源，二者在Tris悬浮液下经超声、搅拌形成聚多巴胺包覆的Fe₂O₃，即Fe₂O₃@PDA，然后再与锂盐和磷酸盐前驱体通过高温固相反应得到高比容量的磷酸铁锂电极材料。利用本发明方法合成的磷酸铁锂首圈库伦效率高达到90.42％，循环中质量比容量保持在150mAh/g左右，容量高、精度高、颗粒大小均匀可控，具有良好的电化学性能，是理想的绿色正极材料。

技术领域：

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种高比容量的磷酸铁锂电极材料及其制备方法。

背景技术：

1997年Goodenough课题组报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料，此后磷酸铁锂电池成为研究热门，在众多科研人员的共同努力下，磷酸铁锂实现商业化。磷酸铁锂作为绿色电池材料本身无任何重金属，并且成本低、比容量高、循环性能好、寿命长以及电化学性能稳定，是理想的绿色正极材料。但是大量研究表明，磷酸铁锂电子电导率和锂离子扩散率较低，造成在大电流放电时容量不能充分发挥以及倍率性能差的问题，严重阻碍着磷酸铁锂电化学性能进一步的提升。为了进一步提高磷酸铁锂的比容量以及倍率性能，通常对其进行改性(比如碳掺杂、离子掺杂和颗粒纳米化等)。传统的碳掺杂是直接加入一定量的碳源，如：乙炔黑、葡萄糖、蔗糖等。但直接加入碳源会导致磷酸铁锂与碳源之间很难混合均匀，这将导致在反应过程中，出现反应不充分的现象，使得磷酸铁锂的合成精度降低。而且，其制备方式也有很多局限性，如水热法：合成磷酸铁锂制备后的溶液为非中性溶液，还要兼顾洗涤过程，并且酸碱性对磷酸铁锂的性能有很大的影响，此外，水热法高温高压设备造价高，工艺复杂，该方法不适合商业化；共沉淀法：合成磷酸铁锂首次放电容量较低，局限性比较高，性能不佳；固相合成法：虽然固相烧结法采用的也是高温煅烧，但是该方法采用的铁源不如Fe₂O₃的产量大、成本低，这无疑增加了磷酸铁锂的合成成本，此外，传统的固相烧结过程中还容易造成颗粒二次结晶聚集成大颗粒。所以，急需研究一种新的改性方法，来克服上述方法中的不足。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是为了进一步提高磷酸铁锂的比容量以及倍率性能，通常对其进行改性，传统的方式是直接加入一定量的碳源，但直接加入碳源会导致磷酸铁锂与碳源之间很难混合均匀，这将导致在反应过程中，出现反应不充分的现象，使得磷酸铁锂的合成精度降低；而且，其制备方式也有很多局限性。

为解决上述问题，本发明提供了一种高比容量的磷酸铁锂电极材料及其制备方法，采用聚多巴胺包覆的方式对磷酸铁锂进行改性。利用低成本、环境友好的氧化铁(Fe₂O₃)粉末作为铁源(Fe₂O₃颗粒尺寸在微纳级别均可)，盐酸多巴胺作为碳源，首先形成聚多巴胺(PDA)包覆的Fe₂O₃(Fe₂O₃@PDA)，然后再通过高温固相反应得到高比容量的磷酸铁锂。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现，一种高比容量的磷酸铁锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：氧化铁粉末作为铁源，盐酸多巴胺作为碳源，氧化铁的tris悬浮液加入盐酸多巴胺后常温下经超声、搅拌形成聚多巴胺包覆的Fe₂O₃，即Fe₂O₃@PDA，该聚合包覆过程在常温下即可进行，该方式简易、安全、高效，然后再与锂盐和磷酸盐前驱体通过高温固相反应得到高比容量的磷酸铁锂电极材料。

进一步的，所述锂盐和磷酸盐前驱体为LiH₂PO₄或锂盐为Li₂CO₃，磷酸盐为NH₄H₂PO₄。