本發(fā)明屬于鋰電池，具體涉及一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料。

背景技術：

1、具有橄欖石型結構的lifepo4能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子，其理論比容量為170mah·g-1，具有3.5v的電壓平臺，且原材料來源豐富，無毒，對環(huán)境友好，因此被認為是鋰離子電池理想的正極材料。但是，在lifepo4結構中，feo6八面體共頂點被po4四面體分隔，沒有連續(xù)的feo6共棱八面體網絡，不能夠形成電子導體，電子的傳導只能通過fe-o-fe進行，使lifepo4的電子導電率較低，僅為10-9s/cm，lifepo4在高倍率充放電過程中，正極材料的阻抗顯著增加，導致電池的動力損失加劇，在高倍率循環(huán)性能方面表現不佳。

2、針對lifepo4的電子導電率低的缺點，研究者們進行了很多努力，采取的方法主要為表面包覆。碳包覆是在lifepo4表面包覆中研究得比較多并實現了工業(yè)化的方法，碳材料的導電性好且價格低廉。碳包覆一般有兩種途徑：一是將碳粉以一定的比例與原料混合后高溫焙燒；二是在lifepo4的前驅體中添加含碳有機物，之后進行高溫反應，在形成lifepo4的同時，在其表面形成碳包覆層，但一般方法制備的碳包覆存在包覆不均勻和碳層疏松問題，實際制備的碳包覆正極材料的性能仍需要進一步地提升。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，通過改善碳包覆均勻性和致密性，提升磷酸鐵鋰正極材料的高倍率循環(huán)性能。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現：

3、本發(fā)明提供一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料所述磷酸鐵鋰正極材料包括磷酸鐵鋰核體和還原氧化石墨烯/碳包覆層，化學式為lifepo4@c/rgo，其中，磷酸鐵鋰為核體，還原氧化石墨烯/碳為包覆層；

4、所述磷酸鐵鋰正極材料的制備步驟如下：

5、步驟一、將殼聚糖溶于乙酸溶液中形成cs溶液，檸檬酸溶于水中形成ca溶液，氧化石墨烯加入去離子水中超聲分散形成go分散液；

6、步驟二、將cs溶液、ca溶液和go分散液混合形成cs-ca-go材料混合溶液，采用氫氧化鈉調節(jié)ph至6-7；

7、步驟三、將鋰源、鐵源和磷酸按照li、fe和po43-摩爾比為1.0-1.1：1.0：1.0加入無水乙醇中，混合后得到漿料，加入cs-ca-go材料混合溶液攪拌10min，投加戊二醛水溶液，加熱攪拌反應后形成濕凝膠；

8、步驟四、將濕凝膠加熱去除溶劑形成干凝膠，置于真空干燥箱干燥后得到前驅體，將前驅體置于管式氣氛爐中，氮氣氣氛下煅燒，冷卻至室溫后研磨篩分得到磷酸鐵鋰正極材料。

9、進一步地，所述步驟一中乙酸溶液的體積分數為1-3%，cs溶液中殼聚糖的投加量為2-3.5wt%。

10、進一步地，所述步驟一中ca溶液中檸檬酸的投加量為0.5-3wt%。

11、進一步地，所述go分散液中氧化石墨烯的濃度為1-5mg/ml。

12、進一步地，所述cs-ca-go材料混合溶液中cs溶液、ca溶液和go分散液按照殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯的質量比為10：1-1.4：0.1-0.3進行混合。

13、進一步地，所述鋰源為碳酸鋰和一水氫氧化鋰中的一種，鐵源為四水合氯化亞鐵和七水硫酸亞鐵中的一種，鋰源、鐵源和磷酸加入無水乙醇的總質量濃度為20-30%。

14、進一步地，所述cs-ca-go材料混合溶液和漿料的體積比為0.8-2.0：1。

15、進一步地，所述戊二醛水溶液的質量濃度為15-25%，戊二醛水溶液的投加量為cs-ca-go材料混合溶液體積的10-20%，加熱攪拌反應的溫度為50-60℃，反應時長為2-4h。

16、進一步地，所述加熱去除溶劑的溫度為90-100℃，真空干燥箱干燥溫度為100-120℃，干燥時長為12-24h，煅燒的加熱設置為：先升溫至350-400℃恒溫6-8h，再升溫至600-750℃恒溫10-12h。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、以殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯為碳源，氧化石墨烯和檸檬酸上的羧基與殼聚糖結構中的氨基發(fā)生酰胺化反應形成酰胺鍵，與正極材料混合后得到具有網絡結構的凝膠，還原氣氛下煅燒后獲得由磷酸鐵鋰核體和還原氧化石墨烯/碳包覆層組成的正極材料。通過添加還原氧化石墨烯，彌補了有機碳源形成的無定型碳的電導率較低缺陷，且利用殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯間在戊二醛存在下的交聯作用，使包覆均勻完整且致密，提供連續(xù)的電子遷移通道，在高倍率循環(huán)時，降低正極材料的阻抗，提升正極材料的電化學性能。

技術特征：

1.一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述磷酸鐵鋰正極材料包括磷酸鐵鋰核體和還原氧化石墨烯/碳包覆層，化學式為lifepo4@c/rgo，其中，磷酸鐵鋰為核體，還原氧化石墨烯/碳為包覆層；

2.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述步驟一中乙酸溶液的體積分數為1-3%，cs溶液中殼聚糖的投加量為2-3.5wt%。

3.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述步驟一中ca溶液中檸檬酸的投加量為0.5-3wt%。

4.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述go分散液中氧化石墨烯的濃度為1-5mg/ml。

5.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述cs-ca-go材料混合溶液中cs溶液、ca溶液和go分散液按照殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯的質量比為10：1-1.4：0.1-0.3進行混合。

6.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述鋰源為碳酸鋰和一水氫氧化鋰中的一種，鐵源為四水合氯化亞鐵和七水硫酸亞鐵中的一種，鋰源、鐵源和磷酸加入無水乙醇的總質量濃度為20-30%。

7.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述cs-ca-go材料混合溶液和漿料的體積比為0.8-2.0：1。

8.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述戊二醛水溶液的質量濃度為15-25%，戊二醛水溶液的投加量為cs-ca-go材料混合溶液體積的10-20%，加熱攪拌反應的溫度為50-60℃，反應時長為2-4h。

9.根據權利要求1所述的一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述加熱去除溶劑的溫度為90-100℃，真空干燥箱干燥溫度為100-120℃，干燥時長為12-24h，煅燒的加熱設置為：先升溫至350-400℃恒溫6-8h，再升溫至600-750℃恒溫10-12h。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高倍率循環(huán)性能的磷酸鐵鋰正極材料，屬于鋰電池技術領域，本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰正極材料包括磷酸鐵鋰核體和還原氧化石墨烯/碳包覆層，還原氧化石墨烯/碳包覆層以殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯三者結合作為碳源，在戊二醛作用下形成交聯網絡結構的凝膠，還原氣氛下煅燒后獲得包覆層。通過溶膠凝膠法制備的磷酸鐵鋰正極材料，利用殼聚糖、檸檬酸和氧化石墨烯間的協同作用，使包覆均勻完整且致密，可提供連續(xù)的電子遷移通道，在高倍率循環(huán)時，降低了正極材料的阻抗，提升了正極材料的電化學性能。

技術研發(fā)人員：陳濤,練平,王躍林,譚正蘭,禹夢,曹澤宇,劉帥
受保護的技術使用者：湖南裕能新能源電池材料股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2