一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺的制作方法

1.本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺。


背景技术：

2.锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境污染小和无记忆效应等优点，已经广泛应用于3c 电子产品、电动汽车、规模储能和航空航天等领域。
3.目前广泛使用的锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、磷酸锰铁锂、等富锂材料。随着电动汽车和电子产品的不断升级换代以及应用领域的迅速拓展，对锂离子电池的安全性和能量密度也提出了更高的要求。因此，开发具有高能量密度，并同时具有良好的循环性能、倍率放电性能及安全性能的锂离子电池正极材料对于我国装备制造和动能转换均具有重要意义。
4.正极材料是锂离子电池的重要组成部分，占锂离子电池总成本的25~28%，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。但是，现阶段存在的问题是磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率比较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电是比容量降低，这些短板阻碍了该材料在更多领域的规模化应用。


技术实现要素：

5.本发明公开一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，旨在解决背景技术中提出的现阶段存在的问题是磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率比较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电是比容量降低，这些短板阻碍了该材料在更多领域的规模化应用的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取1-5份的羧甲基纤维素锂，加入50-100份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10-20h，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。
7.在一个优选的方案中，所述s3步骤中的高温为550℃-750℃，所述s3步骤中，需要在n2氛围的保护下进行高温煅烧，所述s2步骤中的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意
比例混合物，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整，所述压实助剂为高度不等的鳞片石墨。
8.由上可知，一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取1-5份的羧甲基纤维素锂，加入50-100份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10-20h，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。本发明提供的新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺具有负极材料在制备时将碳源替换原来的羧甲基纤维素锂，从而使得其可以悬浮分散开来，提高了负极材料的导电能力，同时，压实助剂可以在不影响负极容量的同时提高负极片的极片压实密度，提高了电池倍率性能，加强了其导电传输效率的技术效果。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
10.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取1-5份的羧甲基纤维素锂，加入50-100份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10-20h，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。
12.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中的高温为550℃-750℃。
13.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中，需要在n2氛围的保护下进行高温煅烧。
14.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种。
15.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物。
16.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意比例混合物。
17.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料。
18.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整。
19.在一个优选的实施方式中，所述压实助剂为高度不等的鳞片石墨。
20.实施例1：一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取3份的羧甲基纤维素锂，加入60份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10小时，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。
21.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中的高温为550℃，在n2氛围的保护下进行高温煅烧。
22.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的锂盐为羧甲基纤维素锂、碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整。
23.实施例2：一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取3份的羧甲基纤维素锂，加入60份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10小时，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。
24.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中的高温为650℃，在n2氛围的保护下进行高温煅烧。
25.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的锂盐为羧甲基纤维素锂、碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基
纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整。
26.实施例3：一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取3份的羧甲基纤维素锂，加入60份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10小时，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。
27.在一个优选的实施方式中，所述s3步骤中的高温为750℃，在n2氛围的保护下进行高温煅烧。
28.在一个优选的实施方式中，所述s2步骤中的锂盐为羧甲基纤维素锂、碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意比例混合物，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整。
29.在实施例1-3中，通过改变煅烧温度可以改变磷酸铁锂正极复合材料的均匀程度，经过实验得知，在温度为650℃时磷酸铁锂正极复合材料的颗粒程度最均匀，并且在其余条件不变的情况下，改变稳定浆料在回转窑中经过高温处理的时间，经过实验得知，在18-20小时的时候，磷酸铁锂正极复合材料的颗粒的均匀程度保持不变。
30.在一个优选的实施方式中，所述压实助剂为高度不等的鳞片石墨需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
31.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：s1：先进行初步混合物的制备，取1-5份的羧甲基纤维素锂，加入50-100份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；s2：在所述s1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料；s3：将s2步骤中的得到的稳定的浆料在回转窑中经过高温下处理10-20h，得到前驱体颗粒；s4：最后将s3步骤中得到的前驱体颗粒再经过高温煅烧合成得到碳掺杂和锂掺杂比较均匀的磷酸铁锂正极复合材料。2.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s3步骤中的高温为550℃-750℃。3.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s3步骤中，需要在n2氛围的保护下进行高温煅烧。4.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s2步骤中的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂的一种或几种作为辅助进行添加。5.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s2步骤中的铁盐为铁粉、草酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或者几种任意比例混合物。6.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s2步骤中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或者几种任意比例混合物。7.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s2步骤中的碳源为是羧甲基纤维素类，可以为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素铵类等其他的纤维素材料。8.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述s3步骤中的前驱体的颗粒可以在1-500nm之间，根据工艺情况对前驱体颗粒的粒径进行调整。9.根据权利要求1所述的一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，其特征在于，所述压实助剂为高度不等的鳞片石墨。

技术总结
本发明公开了一种新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺，具体包括以下步骤：S1：先进行初步混合物的制备，取1-5份的羧甲基纤维素锂，加入50-100份的去离子水中进行高速搅拌溶解，形成羧甲基纤维素锂的浆料；S2：在所述S1步骤中得到的羧甲基纤维素锂浆料中加入铁盐、锂盐、磷酸盐、压实助剂和碳源进行搅拌均匀，形成稳定的浆料。本发明公开的新型碳和锂掺杂的磷酸铁锂前驱体材料的制备工艺具有正极材料在制备时将碳源替换原来的羧甲基纤维素盐（包括钠盐、锂盐、铵盐等其他金属离子盐等），从而使得其可以悬浮分散开来，提高了负极材料的导电能力，压实助剂可以在不影响负极容量的同时提高负极片的极片压实密度，提高了电池倍率性能，加强了其导电传输效率的技术效果。果。


技术研发人员：耿幸雅 邱泇于
受保护的技术使用者：绿能纤材（重庆）科技有限公司
技术研发日：2022.10.11
技术公布日：2023/7/31