氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料及其制备方法和在补锂中的应用

本发明涉及锂电池补锂剂制备，尤其涉及一种氮参杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法及其所得产品和应用。

背景技术：

1、锂离子电池在首周循环过程中，负极sei膜的形成会消耗约7～10％的活性锂，锂的损失会导致电池容量降低、库伦效率降低、循环性能变差。特别是在添加部分高容量硅基负极材料的情况下，电池首周循环活性锂损失的更高。补充活性锂是解决这一问题的有效手段。

2、在锂离子电池领域，目前已有的补锂方法为正极补锂技术和负极补锂技术。负极补锂技术因为涉及到使用锂粉、锂箔等活泼金属，对操作环境和补锂设备要求严苛，多年来始终未实现真正的产业化。正极补锂技术由于其具有操作简单，安全可靠的特点受到越来越多的关注。通常，正极补锂技术只需在制备电池过程中，在正极浆料制备时加入一定量的正极补锂添加剂即可，而无需改变锂离子电池的生产过程，补锂过程安全且与现有电池制造工艺兼容性好从而使得正极补锂技术具有工业化应用前景。

3、反萤石型铁酸锂材料具有极高的锂容量，与电池系统具有较好的相容性，且生产成本低、无毒性等特点，因为反萤石型铁酸锂较高的比容量(理论867mah/g)和合适的脱锂电压(3.5～4.7v)使其被称为最具商业前景的正极补锂添加剂之一。但是，反萤石型铁酸锂材料本征电导率低，且采用常规制备方法得到的反萤石型铁酸锂材料的烧结颗粒较大，从而导致其锂离子和电子传输效率低、倍率性能较差，作为添加剂使用常常难以发挥理想效果。另一方面，反萤石型铁酸锂材料本身结构稳定性较差，在空气中极不稳定，常温下接触空气中少量的水就会迅速发生反应生成氢氧化锂，使得表面残碱过高，从而导致容量下降，增加了大规模工业生产和应用的难度。

4、现有技术中的反萤石型铁酸锂材料由于其本征电导率低、颗粒尺寸较大以及表面残碱(氢氧化锂)含量过高，从而导致其存在离子传输效率低或倍率性能差的问题。因此，急于需要提供一种新的反萤石型铁酸锂材料以改善上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料及其制备方法和在锂离子电池正极补锂剂中的应用，能够提高复合材料的导电性，空气稳定性好，具有优异的电化学性能。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

3、本发明公开了一种氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将六水三氯化铁、有机酸和水充分混合得到混合液，再将混合液加热回流，然后离心过滤、干燥，得到有机物包覆的前驱体；

5、(2)将步骤(1)中得到的有机物包覆的前驱体在氮气气氛下进行碳化处理，得到氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料；

6、(3)将步骤(2)中得到的氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料与氧化锂混合，然后置于氮气气氛下煅烧，冷却后得到氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料。

7、作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，有机酸为柠檬酸、植酸、酒石酸、对苯二甲酸中的一种或几种混合。

8、作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，混合液中有机酸的浓度为0.0125-2.5mmol/l。

9、作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，混合液中还加入了盐酸和盐酸多巴胺。

10、作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，混合液加热回流后，调节ph值至8，再加热陈化。

11、作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，碳化处理温度为300-400℃，保温时间为2-4h。

12、作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料与氧化锂之间的质量比为1:1-1.1。

13、作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，煅烧温度为400-500℃，保温时间为2-4h。

14、本发明还公开了上述制备方法制得的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料。

15、本发明还公开了上述氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料在锂离子电池正极补锂中的应用。

16、本发明的有益效果：

17、本发明通过碳包覆的方法，在前驱体外表包覆有机物，再通过碳化处理将表面有机物碳化，且通过气相沉积法掺入氮元素，得到氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料；本发明在普通碳包覆的基础上掺杂了氮元素，氮掺杂可以引入多功能基团，增加相邻碳原子的电子结构，加速电荷和离子扩散，并且所得到的复合材料具有较大的比表面积和丰富的孔结构，使得该复合材料具有优异的电化学性能，在锂离子电池正极补锂剂中具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，有机酸为柠檬酸、植酸、酒石酸、对苯二甲酸中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混合液中有机酸的浓度为0.0125-2.5mmol/l。

4.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混合液中还加入了盐酸和盐酸多巴胺。

5.根据权利要求4所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混合液加热回流后，调节ph值至8，再加热陈化。

6.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，碳化处理温度为300-400℃，保温时间为2-4h。

7.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料与氧化锂之间的质量比为1:1-1.1。

8.根据权利要求1所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，煅烧温度为400-500℃，保温时间为2-4h。

9.权利要求1至8任意一项所述的制备方法制得的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料。

10.权利要求9所述的氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料在锂离子电池正极补锂中的应用。

技术总结本发明公开了一种氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料及其制备方法和在补锂中的应用；制备方法包括如下步骤：(1)将六水三氯化铁、有机酸和水充分混合得到混合液，再将混合液加热回流，然后离心过滤、干燥，得到有机物包覆的前驱体；(2)将有机物包覆的前驱体在氮气气氛下进行碳化处理，得到氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料；(3)将氮掺杂碳包覆氧化铁复合材料与氧化锂混合，然后置于氮气气氛下煅烧，冷却后得到氮掺杂碳包覆反萤石型铁酸锂复合材料。本发明在普通碳包覆的基础上掺杂了氮元素，该复合材料具有优异的电化学性能，在锂离子电池正极补锂剂中具有广阔的应用前景。技术研发人员：李长明,张恒,程军权受保护的技术使用者：苏州科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16