一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂及其制备方法

本发明涉及正极材料制备领域，具体而言，涉及一种用于盐湖提锂的低温高倍率电极材料制备方法。

背景技术：

1、锂是自然界最轻的金属元素，其在陶瓷、玻璃、石油化工等领域起着重要的作用。近年来，随着新能源领域的蓬勃发展，作为储能器件中的关键元素，锂资源的需求急剧增加；但是固态锂矿随着开采的深入，储量与品味都逐渐下降，造成了市场供需关系的失衡。

2、除了固态锂矿以外，在盐湖、卤水、海洋中存在的液态锂矿占据全球锂资源的绝大部分。目前，已经开发出的液态锂资源的提取方法包括但不限于：太阳蒸发法、共沉淀法、溶剂萃取法，离子交换吸附法等。然而，这些方法大多具有过程复杂、对环境造成污染、提锂效率不高等问题。电化学提锂技术已被证明是对液态锂资源进行提取的有效方法，因为该技术能耗低，不需要加入萃取剂等化学试剂，因而环境友好，同时还具有更高的分离比以及提锂效率。而电极材料是电化学提锂技术系统中的核心部分，其自身性能会对系统的提锂效果产生巨大影响。

3、我国的盐湖锂资源大部分位于青海、西藏等高海拔省份，也即意味着电极材料需要在相对低的温度环境下运行。而当前投入提锂生产的电极材料一般为商业的磷酸铁锂，其结构骨架是由feo6八面体po43-构成的，由于feo6共边八面体网络不连续，致使不能形成电子导电；同时，po43-四面体限制了晶格的体积变化，影响了li+的脱嵌和电子扩散，导致lifepo4正极材料电子导电率和离子扩散效率不高，并且会随着温度的降低而急剧下降。这就使基于磷酸铁锂电极材料的提锂体系的不能再低温条件下以较高的电流密度获得较高的提锂容量和提锂效率。

4、有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂，其以吡咯单体为聚合前驱体，氧化石墨烯为聚合氧化剂，通过蒸发氧化沉积聚合的方法向商业的磷酸铁锂表面引入聚吡咯和化学还原氧化石墨烯的联合包覆层。

2、本发明也提供一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂的制备方法，其操作简便，可以得到性能优异的电极材料，同时较好的应用与盐湖提锂领域。

3、本发明的技术方案如下：

4、一方面，提供一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)取一定重量商业的磷酸铁锂，加入到分散介质中形成悬浊液，并进行超声震荡；

6、(2)向步骤1)中得到的分散液中加入一定总重量、一定浓度的氧化石墨烯分散液；

7、(3)向步骤1)中得到的分散液中加入离子型表面活性剂；

8、(4)将步骤3)中的溶液置于水浴锅中，在一定温度下，一定转速下进行搅拌直至得到干燥的混合粉末；

9、(5)将步骤4)中得到的干燥粉末与过量的吡咯单体分别置于敞口玻璃瓶中，并一同放入一定容积的封闭玻璃瓶中；

10、(6)将步骤5)中的封闭玻璃瓶置于于烘箱中，在一定温度下，保温一定时间，得到改性商业磷酸铁锂电极材料。

11、作为优选，步骤(1)中，所述一定重量为100-1000mg。

12、作为优选，步骤(1)中，所述分散介质为去离子水、无水乙醇、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

13、作为优选，步骤(1)中，所述超声震荡时间为2-15分钟。

14、作为优选，步骤(2)中，所述氧化石墨烯的一定重量为1mg-5mg。

15、作为优选，步骤(2)中，所述氧化石墨烯分散液的一定浓度为0.5mg/ml-2mg/ml。

16、作为优选，步骤(2)中，所述氧化石墨烯分散液为去离子水分散液、n-甲基-2-吡咯烷酮分散液、n,n-二甲基甲酰胺分散液、乙二醇分散液中的一种。

17、作为优选，步骤(3)中，所述离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺等的其中一种或多种。

18、作为优选，步骤(3)中，所述表面活性剂与分散介质的液固比为10-50l/g。

19、作为优选，步骤(4)中，所述一定温度为50-90℃。

20、作为优选，步骤(4)中，所述一定转速为100-500r/min。

21、作为优选，步骤(5)中，所述过量吡咯单体为2-10ml。

22、作为优选，步骤(5)中，所述一定容积为250-1000ml。

23、作为优选，步骤(6)中，所述烘箱加热的一定温度为50-90℃。

24、作为优选，步骤(6)中，所述烘箱加热的一定时间为9-18h。

25、一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂，采用上述用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂的制备方法制得。

26、本发明实施例的有益效果是：

27、本发明实施例提供的用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂的制备方法，其操作简便，只需要将氧化聚合的前驱体和氧化剂与商业的磷酸铁锂电极材料同时置于一定温度的密闭环境中即可完成包覆改性，可以得到性能优异的电极材料，同时较好的应用于盐湖提锂领域。

28、通过此种改性方法，所获得磷酸铁锂电极材料可以获得相对均匀且电导率高的的包覆层，使其在低温下的电子电导率得到提高，同时包覆层能够填充电极材料颗粒之间的间隙，从而缩短锂离子传输路径，提高电极材料的锂离子电导率。从而使电极材料能够在低温盐湖中的提锂效率和提锂容量得到提高。

技术特征：

1.用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂电极材料，其特征在于：表面由聚吡咯和化学还原氧化石墨烯共同包覆的商业磷酸铁锂。

2.根据权利要求1所述的用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂电极材料，其特征在于：改性层原料是吡咯单体和氧化石墨烯水溶液分散液。

3.用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散介质为去离子水、无水乙醇、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺中的一种，分散介质的体积为10-100ml，震荡时间为2-15分钟。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化石墨烯分散液为去离子水分散液、n-甲基-2-吡咯烷酮分散液、n,n-二甲基甲酰胺分散液、乙二醇分散液中的一种。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺等的其中一种或多种，所述表面活性剂与分散介质的液固比为10-50l/g。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述水浴搅拌的转速为100-500r/min。

8.用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂电极材料，其特征在于：其按照权利要求3所述的制备方法制备得到。

9.根据权利要求6所述的用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂电极材料，其特征在于改性层原料是吡咯单体和氧化石墨烯水溶液分散液。

技术总结
一种用于盐湖提锂的改性商业磷酸铁锂及其制备方法，涉及电极材料相关领域。具体涉及磷酸铁锂、制备方法、应用。所述的改性商业磷酸铁锂电极材料是向商业磷酸铁锂表面引入聚吡咯和还原氧化石墨烯的联合包覆层，包覆层使商业磷酸铁锂表面获得三维导电网络，并缩短了颗粒之间锂离子的传输路径。本申请所得复合电极材料可以在低温环境下获得更高的电流密度和循环次数，从而较好的应用于低温环境。

技术研发人员：张云,尧猛,王倩,万志鑫
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29