本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，磷酸鐵鋰因其高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命和環(huán)境友好性備受關(guān)注，但其較低的電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率限制了其高倍率性能和應(yīng)用范圍。為改善這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中主要通過(guò)不定形碳包覆、石墨烯摻雜等手段提升導(dǎo)電性。

2、中國(guó)專利cn?119480954?a公開(kāi)了一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法包括：將磷酸鐵鋰正極材料和第一碳源進(jìn)行碳包覆制備得到碳包覆磷酸鐵鋰正極材料；碳包覆工藝條件包括：設(shè)置升溫段、恒溫段和降溫段，其中，升溫段溫度為在50℃-750℃遞增；恒溫段溫度為730℃-850℃。該制備方法較現(xiàn)有的輥道窯進(jìn)行碳包覆，能耗更低，生產(chǎn)效率更高，生產(chǎn)時(shí)間更短。

3、中國(guó)專利cn?119340354?a公開(kāi)了一種石墨烯復(fù)合磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：s1、將石墨烯氧化物加入到去離子水中，攪拌即得溶液?。籹2、按鐵鹽：石墨烯氧化物的質(zhì)量比為1:0.05，將所述鐵鹽溶解于去離子水中，加入溶液ⅰ，攪拌得到溶液ⅱ；s3、按照鐵鹽：磷酸：鋰鹽的物質(zhì)的量比為1:1:3，依次將磷酸、乙二醇、鋰鹽加入到溶液ⅱ中，攪拌得到溶液ⅲ；s4、將溶液ⅲ置于反應(yīng)器中，加蓋密封，梯度水浴加熱，再將水浴所得產(chǎn)物用去離子水浸泡，于真空冷凍干燥機(jī)中干燥；s5、真空干燥；通過(guò)精確控制水浴溫度和時(shí)間，優(yōu)化產(chǎn)物的結(jié)晶度和形貌；分階段水浴形成均勻、有序的晶體結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)物的電化學(xué)性能。

4、然而，以上方法仍存在包覆不均勻、材料團(tuán)聚、工藝復(fù)雜或成本較高等缺陷，亟需一種更高效、可控的修飾策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種磷酸鐵鋰正極材料，克服磷酸鐵鋰電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率不足的缺陷，提高正極的電化學(xué)性能，利用石墨烯和mof衍生的多孔碳的協(xié)同作用提高其性能；本發(fā)明還提供其制備方法。

2、本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一方面，本發(fā)明提供了磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、（1）在石墨烯表面原位生長(zhǎng)mil-88a：

5、s1將石墨烯表面處理：將石墨烯分散于濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理，離心洗滌至中性后，在烘箱中真空干燥，得表面處理后的石墨烯；

6、s2將表面處理后的石墨烯分散于dmf中，加入六水合氯化鐵和富馬酸，放入反應(yīng)釜中，攪拌均勻進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后，離心洗滌，烘箱干燥，得原位生長(zhǎng)mil-88a的石墨烯；

7、（2）將mil-88a碳化處理：在氮?dú)鈿夥障?，將原位生長(zhǎng)mil-88a的石墨烯煅燒，自然冷卻至室溫，形成go-fe@c三維導(dǎo)電骨架；

8、（3）在go-fe@c三維導(dǎo)電骨架嵌入磷酸鐵鋰：將go-fe@c三維導(dǎo)電骨架與草酸亞鐵、li2co3、nh4h2po4球磨混合，在含有氫氣的氮?dú)鈿夥障蚂褵?，得磷酸鐵鋰正極材料。

9、由于石墨烯具有極高的比表面積，因此可以在石墨烯表面原位生長(zhǎng)大量mof，這極大提高了石墨烯與mof之間的結(jié)合力，碳化后mof與石墨烯形成了三維導(dǎo)電骨架，大大提高了導(dǎo)電效率，同時(shí)碳化后的mof仍保留了其多孔結(jié)構(gòu)加速了鋰離子擴(kuò)散，而石墨烯骨架則大大提高了電子傳導(dǎo)，二者相互配合協(xié)同作用提高了磷酸鐵鋰電極的電化學(xué)性能。

10、優(yōu)選的，步驟s1中，濃硫酸與濃硝酸的體積比為（2-4）:1；干燥溫度為40-50℃。

11、優(yōu)選的，步驟s2中，表面處理后的石墨烯與六水合氯化鐵的質(zhì)量比為1:（1-3），六水合氯化鐵與富馬酸的摩爾比為1:（3-5）。

12、優(yōu)選的，步驟s2中，反應(yīng)溫度為100-120℃，時(shí)間為3-5h，干燥溫度為40-50℃。

13、優(yōu)選的，步驟（2）中，煅燒溫度為600-700℃，煅燒時(shí)間為1-2h。

14、優(yōu)選的，步驟（3）中，草酸亞鐵、li2co3、nh4h2po4按照摩爾比f(wàn)e:li:p=1:（1-1.1）:（0.9-1.1）加入，其中，go-fe@c三維導(dǎo)電骨架與草酸亞鐵的質(zhì)量比為1:（10-12）。

15、優(yōu)選的，步驟（3）中，球磨的球料比為1:（3-5），球磨時(shí)間為2-4h，球磨速率為300-400r/min。

16、優(yōu)選的，步驟（3）中，含有氫氣的氮?dú)鈿夥罩校瑲錃獾捏w積占比為3-5%。

17、優(yōu)選的，步驟（3）中，煅燒溫度為600-700℃，煅燒時(shí)間為7-9h。

18、另一方面，本發(fā)明提供了磷酸鐵鋰正極材料，通過(guò)上述磷酸鐵鋰正極材料的制備方法制備得到。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

20、1.通過(guò)原位生長(zhǎng)mof的技術(shù)提高了mof與石墨烯的結(jié)合力，改善了石墨烯的分散性能，有效防止其團(tuán)聚；

21、2.通過(guò)石墨烯與mof衍生碳組成了三維網(wǎng)狀導(dǎo)電骨架，大大提高了電子傳導(dǎo)速率；

22、3.鐵基mof碳化后，其鐵元素與草酸亞鐵共同作為鐵源，在還原性氣體中合成磷酸鐵鋰，同時(shí)通過(guò)mof提供鐵源可以起到固定磷酸鐵鋰的作用，加強(qiáng)了其與三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合，加強(qiáng)其電化學(xué)性能；

23、4.mof衍生多孔碳仍具有很高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，可以極大提高鋰離子擴(kuò)散效率，與石墨烯的高電導(dǎo)率協(xié)同作用，提高電極的工作效率。

技術(shù)特征：

1.一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟s1中，濃硫酸與濃硝酸的體積比為（2-4）:1；干燥溫度為40-50℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟s2中，表面處理后的石墨烯與六水合氯化鐵的質(zhì)量比為1:（1-3），六水合氯化鐵與富馬酸的摩爾比為1:（3-5）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟s2中，反應(yīng)溫度為100-120℃，時(shí)間為3-5h，干燥溫度為40-50℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，煅燒溫度為600-700℃，煅燒時(shí)間為1-2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）中，草酸亞鐵、li2co3、nh4h2po4按照摩爾比f(wàn)e:li:p=1:（1-1.1）:（0.9-1.1）加入，其中，go-fe@c三維導(dǎo)電骨架與草酸亞鐵的質(zhì)量比為1:（10-12）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）中，球磨的球料比為1:（3-5），球磨時(shí)間為2-4h，球磨速率為300-400r/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）中，含有氫氣的氮?dú)鈿夥罩?，氫氣的體積占比為3-5%。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）中，煅燒溫度為600-700℃，煅燒時(shí)間為7-9h。

10.一種磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于：通過(guò)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：（1）在石墨烯表面原位生長(zhǎng)MIL?88A；（2）將MIL?88A碳化處理；（3）在GO?Fe@C三維導(dǎo)電骨架嵌入磷酸鐵鋰。由于石墨烯具有極高的比表面積，因此，可以在石墨烯表面原位生長(zhǎng)大量MOF，這極大提高了石墨烯與MOF之間的結(jié)合力，碳化后MOF與石墨烯形成了三維導(dǎo)電骨架，大大提高了導(dǎo)電效率，同時(shí)碳化后的MOF仍保留了其多孔結(jié)構(gòu)加速了鋰離子擴(kuò)散，而石墨烯骨架則大大提高了電子傳導(dǎo)，二者相互配合協(xié)同作用提高了磷酸鐵鋰電極的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：楊書剛,楊成富,楊明智
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15