本發(fā)明涉及鋰電池，具體而言，涉及碳包覆磷酸鐵鋰活性材料及制備方法、正極極片和鋰電池。

背景技術(shù)：

1、磷酸鐵鋰（lifepo4）作為鋰離子電池正極材料，不僅具備能量密度高、工作電壓高、環(huán)境友好和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特的橄欖石結(jié)構(gòu)使得lifepo4的循環(huán)性能和安全性能均優(yōu)于同類型的正極材料。但是，這種橄欖石結(jié)構(gòu)無(wú)法形成連續(xù)的feo6導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，致使lifepo4導(dǎo)電率偏低。

2、為此，不少研究人員針對(duì)該問(wèn)題提出各種解決方案，如碳包覆、金屬離子摻雜和材料納米化等。目前常用且投入工業(yè)化使用的手段是碳包覆，即在lifepo4外部制備碳包覆層變成lifepo4/c來(lái)提高其材料的導(dǎo)電性。然而該方法仍有不足，比如碳包覆層過(guò)厚，鋰離子傳輸通道會(huì)變長(zhǎng)影響鋰離子傳輸速率，且降低lifepo4/c的振實(shí)密度，進(jìn)而降低能量密度；碳包覆層過(guò)薄則容易包覆不完全，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)未能完全覆蓋lifepo4影響電子傳輸速率。同時(shí)，碳包覆層中的碳通常以無(wú)定形碳和石墨化碳兩種形式共同存在，石墨化碳的導(dǎo)電性更高，但往往需要更長(zhǎng)時(shí)間和更高的煅燒溫度，然而長(zhǎng)時(shí)間的高煅燒溫度使得lifepo4過(guò)分生長(zhǎng)，顆粒尺寸過(guò)大，影響磷酸鐵鋰的整體電學(xué)性能。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供碳包覆磷酸鐵鋰活性材料及制備方法、正極極片和鋰電池，旨在提供低阻抗和循環(huán)性能優(yōu)異的碳包覆磷酸鐵鋰活性材料，以提高鋰電池的電化學(xué)性能。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種碳包覆磷酸鐵鋰活性材料，包括磷酸鐵鋰基體和包覆于磷酸鐵鋰基體上的碳包覆層；

4、碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的碳包覆因子β的取值為0.80g/cm2-22.00g/cm2；

5、碳包覆因子β的表達(dá)式為：

6、；

7、式中，ig表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的拉曼光譜中石墨化碳g鍵的峰強(qiáng)度；

8、id表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的拉曼光譜中無(wú)定形碳d鍵的峰強(qiáng)度；

9、a表示單位質(zhì)量碳包覆磷酸鐵鋰活性材料中的含碳量，單位為g/g；

10、slfp/c表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的比表面積，單位為cm2/g；

11、表示均勻度系數(shù)；

12、均勻度系數(shù)的表達(dá)式中的；

13、其中，表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料微區(qū)拉曼光譜中無(wú)定形碳d鍵的峰強(qiáng)度；

14、表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料微區(qū)拉曼光譜中石墨化碳g鍵的峰強(qiáng)度；

15、表示碳包覆磷酸鐵鋰活性材料微區(qū)拉曼光譜中磷酸鐵鋰基體的中p-o鍵的峰強(qiáng)度；

16、為x的樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，n為測(cè)試的樣品量，代表碳包覆磷酸鐵鋰活性材料上的n個(gè)局部位置；x?為各局部位置的x的平均值。

17、在可選的實(shí)施方式中，碳包覆因子β的取值為4g/cm2-10g/cm2；

18、和/或，β的表達(dá)式中，的取值范圍為0.2-0.8；

19、和/或，a的取值范圍為0.003g/g-0.050g/g；

20、和/或，slfp/c的取值范圍為5cm2/g-20cm2/g；

21、和/或，均勻度系數(shù)的取值范圍為3000-10000；

22、和/或，均勻度系數(shù)的表達(dá)式中的n≥10。

23、在可選的實(shí)施方式中，磷酸鐵鋰基體的結(jié)構(gòu)通式為li1-xjxfe1-ymy(po4-z)qz；

24、式中，j選自na和mg中的至少一種；

25、m選自al、ni、co、mn、ti、la、ce、cr、mo、ca、ga、v、nb、zr、in、zn和y中的至少一種；

26、q選自f、s、n和cl中的至少一種；

27、0≤x≤0.1；0≤y≤0.1且0≤z≤0.1。

28、第二方面，本發(fā)明提供一種前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的制備方法，制備碳包覆因子β滿足要求的碳包覆磷酸鐵鋰活性材料。

29、在可選的實(shí)施方式中，包括：

30、將磷酸鐵、鋰源和碳源混合并進(jìn)行一段煅燒處理，得到第一包覆磷酸鐵鋰；

31、將第一包覆磷酸鐵鋰與交聯(lián)劑溶液混合干燥，得到預(yù)處理第一包覆磷酸鐵鋰；

32、將預(yù)處理第一包覆磷酸鐵鋰經(jīng)第一靜電噴槍噴至流體裝置內(nèi)，形成懸浮的帶電預(yù)處理第一包覆磷酸鐵鋰；

33、利用第二靜電噴槍將聚合物溶液噴至流體裝置內(nèi)，形成帶電的聚合物液滴，并與帶電預(yù)處理第一包覆磷酸鐵鋰結(jié)合，之后進(jìn)行二段煅燒處理。

34、在可選的實(shí)施方式中，制備第一包覆磷酸鐵鋰的過(guò)程中，將磷酸鐵、鋰源、摻雜源和碳源混合得到反應(yīng)物，將反應(yīng)物加入溶劑進(jìn)行球磨得到漿料，將漿料在惰性氣氛下進(jìn)行一段煅燒處理；其中，溶劑選自水、甲醇、乙醇、丙酮和二甲基甲酰胺中的至少一種；

35、和/或，在一段煅燒處理過(guò)程中，控制煅燒溫度為450℃-800℃，煅燒時(shí)間為8h-20h；

36、和/或，在一段煅燒處理過(guò)程中，控制升溫速率為2℃/min-5℃/min；

37、和/或，碳源占原料總質(zhì)量的4%-10%；

38、和/或，碳源包括第一碳源和第二碳源，第一碳源選自葡萄糖、淀粉、纖維素、蔗糖、檸檬酸、聚乙二醇和酚醛樹(shù)脂中的至少一種；第二碳源選自聚丙烯腈和聚丙烯酰胺中的至少一種；第一碳源和第二碳源的質(zhì)量比為（1-3）：1；

39、和/或，鋰源選自li2co3、lih2po4和li3po4中的至少一種；

40、和/或，摻雜源包括金屬摻雜源和非金屬摻雜源中的至少一種；金屬摻雜源包括j源和m源中的至少一種；其中，j源含有na和mg元素中的至少一種，m源中含有al、ni、co、mn、ti、la、ce、cr、mo、ca、ga、v、nb、zr、in、zn和y元素中的至少一種；j源選自氧化物、氫氧化物、硝酸鹽和有機(jī)酸鹽中的至少一種；m源選自氧化物、氫氧化物、硝酸鹽和有機(jī)酸鹽中的至少一種。非金屬摻雜源為q源，q源含有f、s、n和cl元素中的至少一種，q源選自金屬化物、有機(jī)鹽中的至少一種。

41、在可選的實(shí)施方式中，流體裝置為利用氣流將帶電預(yù)處理第一包覆磷酸鐵鋰進(jìn)行動(dòng)態(tài)懸浮的裝置；

42、和/或，第一靜電噴槍的靜電電壓為30kv?-50kv，靜電電流為10μa-40μa；

43、和/或，第二靜電噴槍的靜電電壓為5kv-40kv，靜電電流為5μa-30μa；

44、和/或，第二靜電噴槍與第一靜電噴槍賦予噴出物質(zhì)帶相反的電荷。

45、在可選的實(shí)施方式中，交聯(lián)劑溶液中的交聯(lián)劑選自多異氰酸酯化合物和多環(huán)氧基化合物中的至少一種；多異氰酸酯化合物包括六亞甲基二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯；多環(huán)氧基化合物包括縮水甘油醚、1,3-二環(huán)氧甘油醚甘油、二縮水甘油醚和乙二醇二縮水甘油醚；

46、和/或，聚合物溶液中的聚合物選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯亞胺、殼聚糖和透明質(zhì)酸中的至少一種；

47、和/或，聚合物溶液的濃度為0.5wt%-5.0wt%；

48、和/或，第一包覆磷酸鐵鋰與聚合物和交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100：（0.3-2.0）：（0.001-0.200）；

49、和/或，二段煅燒處理過(guò)程中，控制煅燒溫度為500℃-800℃，煅燒時(shí)間為1.5h-4.0h；

50、和/或，在二段煅燒處理過(guò)程中，控制升溫速率為2℃/min-4℃/min。

51、第三方面，本發(fā)明提供一種正極極片，包括前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)碳包覆磷酸鐵鋰活性材料或前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)制備方法制備得到的碳包覆磷酸鐵鋰活性材料。

52、第四方面，本發(fā)明提供一種鋰電池，包括前述實(shí)施方式的正極極片。

53、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過(guò)碳包覆因子β來(lái)綜合評(píng)價(jià)碳包覆磷酸鐵鋰活性材料碳包覆層的結(jié)構(gòu)，可以評(píng)價(jià)碳包覆磷酸鐵鋰活性材料單位表面積上擁有石墨化碳的量，相較于無(wú)定形碳，石墨化碳擁有更優(yōu)越的導(dǎo)電性更能提高磷酸鐵鋰基體的導(dǎo)電性能。通過(guò)調(diào)控碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的碳包覆層結(jié)構(gòu)，使得碳包覆因子β滿足特定的取值范圍，有利于改善碳包覆磷酸鐵鋰活性材料的均勻?qū)щ娦?，使得由其制得的鋰離子電池的內(nèi)阻增長(zhǎng)率、電荷轉(zhuǎn)移阻抗rct樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差、warburg系數(shù)??樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差都較小，提升了鋰離子電池的整體電學(xué)性能。

54、需要補(bǔ)充的是，理論來(lái)說(shuō)碳包覆因子β越大，單位表面積的碳包覆磷酸鐵鋰活性材料含有的石墨化碳量越多，均勻度系數(shù)越大，碳包覆層更均勻。但是，在足夠理想均勻（即均勻度系數(shù)為1）和ig/id+ig在一定比例的情況下，過(guò)大的碳包覆因子意味著碳包覆磷酸鐵鋰活性材料單位表面積上擁有過(guò)多的碳包覆量，導(dǎo)致包覆層過(guò)厚，阻礙鋰離子傳輸，降低電池的能量密度。因此，碳包覆因子過(guò)大過(guò)小，均不能達(dá)到優(yōu)異的電學(xué)性能。