[发明专利]一种掺杂再生的磷酸铁锂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种掺杂再生的磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：混合废旧磷酸铁锂黑粉与酸液，进行氧化浸出，所得浸出浆液固液分离后，得一次滤液和滤饼；除杂所述一次滤液后，进行固液分离得二次滤液；酸液与所述滤饼混合后固液分离，得三次滤液；混合补剂、二次滤液和所述三次滤液，所得混合液干燥后得到前驱体，烧结所述前驱体，得到所述掺杂再生的磷酸铁锂材料。本发明使废旧锂电池正极材料资源化利用，并利用其自身含有的杂质元素作为掺杂元素，简化了磷酸铁锂材料的制备工艺，得到了元素掺杂均匀，且电化学性能优异的再生磷酸铁锂材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种磷酸铁锂材料，尤其涉及一种掺杂再生的磷酸铁锂材料及其制备方法与应用。

背景技术

磷酸铁锂材料具有原料来源广泛、价格便宜、循环寿命长及安全性能好等优点，逐渐成为最具潜力的锂电池正极材料之一。然而，由于磷酸铁锂橄榄石结构中的正四面体PO₄^3-，不仅阻碍了锂离子的扩散，还极大地降低了电子传导率，致使在大电流放电过程中，磷酸铁锂电池能量衰减快，循环稳定性差。

目前，针对磷酸铁锂材料缺点的改性方法主要包括：(1)碳包覆：在材料表面通过高温热解产生一层碳包覆层，以提高磷酸铁锂材料的导电性；(2)纳米化：减小磷酸铁锂材料颗粒尺寸，从而缩短锂离子扩散路径；(3)金属离子掺杂：在材料结构内部形成缺陷或空位，提升磷酸铁锂的本征电导率。其中，金属离子掺杂是目前被广泛关注的改进磷酸铁锂材料缺陷的方法，因为金属离子的掺杂能够有效扩宽锂离子传输路径，同时能改善电子传导率。

CN 112607725A公开了一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料及其制备方法，该材料的制备方法为：将水合肼和碳纳米管混合后进行回流、抽滤及冷冻干燥制备氮掺杂碳纳米管；以氢氧化锂、磷酸铁、草酸、葡萄糖及稀土金属氧化物为原料，制备稀土金属离子掺杂磷酸铁锂；最后将氮掺杂碳纳米管及稀土金属离子掺杂磷酸铁锂，加入至分散液中进行分散和球磨，制备得到最终产物。公开的该方法虽然在一定程度上增大了锂离子的扩散通道，但制备工艺繁琐，且原料成本高。

CN 111224103A公开了将铁源、磷源、锂源、掺杂金属离子源(Mg、Co、Zn、Ni、Ca、Sr、Cu、Al、Ti、V、Mn或Ce中的一种或多种)、有机配体及大分子模板剂混合溶解于溶剂中，采用溶胶凝胶法制备得到磷酸铁锂材料，所述磷酸铁锂材料一次颗粒粒径较小，有效提升了锂离子的扩散速率；虽然公开的该方法免去了粒径的研磨工序，但所用原料性价比较低，合成条件不易控制，难以实现工业化生产。

CN 110911680A公开了一种Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法，包括以下步骤：先将Fe³⁺源和磷源分别配制成已知的浓度溶液，按一定比例缓慢滴入磷酸底液中，然后加热搅拌沉淀制得二水磷酸铁；将制得的二水磷酸铁过滤洗涤干燥后，再煅烧，得到无水磷酸铁；公开的方法虽然生产过程较简单，但掺杂的金属离子在磷酸铁锂材料中分散不均匀性，大多数为颗粒间的掺杂。

基于以上研究，如何提供一种掺杂再生的磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，掺杂元素能在磷酸铁锂材料中分散均匀，制备得到的磷酸铁锂材料性能优良，制备工艺能实现废旧锂电池正极材料的资源化利用，节能环保，同时使得磷酸铁锂材料生产工艺简化、原材料成本降低及电化学性能显著提高，成为了目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂再生的磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，将废旧锂电池正极材料资源化利用，使掺杂元素在磷酸铁锂材料中分散均匀，同时所述制备方法简单，原材料成本降低，且得到的磷酸铁锂材料的电化学性能高，解决了磷酸铁锂材料的元素掺杂不均匀以及成本较高的问题。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种掺杂再生的磷酸铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：