本發(fā)明涉及磷酸鐵鋰正極材料，具體為一種碳基-納米lifepo4復合正極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前，鋰電材材市場存在明顯的“結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過?！?，即低端的正負極材料產(chǎn)能過剩，但是高端的正負極材料產(chǎn)品不足。隨著鋰離子電池對能量密度及其快充性能要求的提高，要求鋰離子電池正極材料在具有高能量密度的同時，材料的快充性能也要得到提升。目前市場化的正極材料主要lifepo4與三元鋰離子電池(ncm)為主，其中l(wèi)ifepo4電池因其極長的循環(huán)壽命(5000次)、優(yōu)異的安全性能、環(huán)保性及原料儲備資源豐富優(yōu)點，被廣泛應用于交通運輸、航空航天、國防工業(yè)和醫(yī)療健康領域。但lifepo4電池因其實理論比容量170mah/g，低的電子導電率和一維鋰離子擴散特性導致低倍率容量，限制了其在快速充電條件下的進一步應用，逐漸難以滿足高能量密度快充電池的需求。為提升lifepo4材料的容量及其快充性能，一般是通過表面改性、元素摻雜、顆粒納米化，但是這對lifepo4電池的提升幅度有限，至今仍然很難突破理論比容量170mah/g，低的充電倍率問題。因此需要打破常規(guī)方式，以復合正極材料的形式對lifepo4材料進行改性，以提升lifepo4電池容量、提升充放電過程中離子的擴散速率及其降低電子阻抗、改善倍率性能。

2、比如中國專利申請?zhí)?02011353869.6公開了一種首先以溶劑法制備納米lifepo4，再以檸檬酸和乙二醇為碳源制備了lifepo4@c材料，其研究結(jié)果表明：lifepo4@c復合材料可以有效提高lifepo4中鋰離子的傳輸速率及擴散系數(shù)，碳導電材料能夠有效提高材料的電子導電率；檸檬酸和乙二醇的無定形碳協(xié)同表現(xiàn)出良好的鋰離子導電率和電子導電性，有效提高lifepo4材料的性能、安全性能和循環(huán)性能。但是該方法所制備的lifepo4@c材料存在性能改善不明顯、工藝流程復雜、采用非原位制備的方式存在lifepo4與c界面接觸不良缺陷。

3、因此，以無定形碳結(jié)構(gòu)為基體材料構(gòu)筑碳基-納米lifepo4復合正極材料的研究至今仍然存在可探究的價值，有必要研究無定形碳基體在納米lifepo4中的作用，以改善lifepo4電池li+一維擴散特性，提高lifepo4的電壓平臺、電池容量和li+和電子傳輸速率、改善lifepo4電池快充性能，探尋一條適用于工業(yè)化生產(chǎn)，拓寬市場高性能碳基體/納米lifepo4復合正極材料的生產(chǎn)路徑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種碳基-納米lifepo4復合正極材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在生產(chǎn)成本高，反應溫度高，燒結(jié)周期長，容量及倍率性能受限的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種碳基-納米lifepo4復合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)以核桃殼、銀杏葉、竹粉生物質(zhì)為原料，在管式爐中，惰性氣氛下，在300℃-600℃碳化0.5h-3h，除去揮發(fā)性物質(zhì)后，獲得生物質(zhì)碳源；再以nacl-kcl(摩爾比為1:1)為熔鹽介質(zhì)，以na2co3、k2co3、koh為造孔劑，造孔劑與反應物質(zhì)量比為0.3-3，在管式爐中，惰性氣氛下，在800℃-1300℃制備出多孔碳基材料；

4、(2)選用nacl-kcl(摩爾比為1:1)為熔鹽介質(zhì)，以nh4h2po4、fec2o4·2h2o、ch3cooli、c6h12o6為原料，添加本發(fā)明制備出的多孔碳基材料或商用石墨烯，熔鹽/反應物原料的摩爾比按0.3:1-3:1區(qū)間配制，多分子碳源為粘結(jié)劑，按比例稱取反應物原料混勻裝入坩堝，并放入管式爐內(nèi)升溫，通入惰性氣氛，待溫度升至600℃-900℃，在熔鹽中實現(xiàn)多孔碳基材料與碳納米lifepo4的自組裝，保溫0.2h-8h區(qū)間后降溫，隨爐冷卻到室溫，用熱水洗凈，過濾分離熔鹽后，烘干制備出粉體即為碳基-納米lifepo4復合正極材料。

5、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

6、(1)采用核桃殼、銀杏葉、竹粉碳材料為原料，可大幅降低碳基-納米lifepo4復合正極材料的生產(chǎn)成本，利用生物質(zhì)為碳源，符合當下鋰離子電池發(fā)展趨勢。

7、(2)采用熔融熔鹽為介質(zhì)，可降低反應溫度，實現(xiàn)短流程和粒度可控地制備顆粒增強復合材料，熔融熔鹽中可促進反應物傳質(zhì)，反應物混合狀態(tài)好，可大幅降低反應溫度，可通過動力學因素的調(diào)控來實現(xiàn)顆粒增強復合粉體的粒度分布調(diào)控；可解決當前l(fā)ifepo4制備過程中反應溫度高，燒結(jié)周期長，粒度難以控制問題。

8、(3)添加多分子碳源為粘結(jié)劑在熔鹽中實現(xiàn)多孔碳基材料與納米lifepo4的自組裝，納米lifepo4可分散在二維碳基材料上，盡可能地消除了納米lifepo4的團聚現(xiàn)象，碳基材料與納米lifepo4的自組裝結(jié)構(gòu)使得納米lifepo4分散在二維碳基材料，可充分發(fā)揮碳材料的高電子導電性的優(yōu)勢，提高lifepo4的電壓平臺、電池容量和li+和電子傳輸速率，改善lifepo4電池li+一維擴散特性，同時在原位基礎上可得到界面接觸狀態(tài)良好的碳基-納米lifepo4復合正極材料。

技術(shù)特征：

1.一種碳基-納米lifepo4復合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳基?納米LiFePO<subgt;4</subgt;復合正極材料的制備方法，包括以下步驟：以核桃殼、銀杏葉、竹粉生物質(zhì)為原料，在管式爐中，惰性氣氛下，在300℃?600℃碳化0.5h?3h，除去揮發(fā)性物質(zhì)后，獲得生物質(zhì)碳源；再以NaCl?KCl（摩爾比為1:1）為熔鹽介質(zhì)，以Na<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、K<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、KOH為造孔劑，造孔劑與反應物質(zhì)量比為0.3?3，在管式爐中，惰性氣氛下，在800℃?1300℃制備出多孔碳基材料。采用核桃殼、銀杏葉、竹粉碳材料為原料，可大幅降低碳基?納米LiFePO<subgt;4</subgt;復合正極材料的生產(chǎn)成本，利用生物質(zhì)為碳源，符合當下鋰離子電池發(fā)展趨勢。

技術(shù)研發(fā)人員：張念炳,曾令鶴,黎志英,周光勇,許仁貴,劉文濤
受保護的技術(shù)使用者：遵義春華新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6