(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111602954.6 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 合肥国轩高科动力能源 有限公司 地址 230011 安徽省合肥市新站区岱河路 599号 (72)发明人 贾雪莹　刘兴亮　姚杰　李鹏飞　 张路遥　 (74)专利代理 机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 代理人 周静 (51)Int.Cl. H01M 4/62(2006.01) H01M 4/36(2006.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包 覆的磷酸铁锂及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明公开了一种单原子负载氮磷共掺杂 碳复合材料包覆的磷酸铁锂及其制备方法和应 用， 该材料的制备方法包括以下步骤： 将四叔丁 基四氮杂卟啉金属配合物插入卵磷脂层间得到 四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物插层的卵磷脂 复合物； 再将该复合物与磷酸铁、 锂源混合， 经球 磨处理后得到前驱体； 将前驱体在保护氛围下进 行分步烧结得到单原子负载的氮磷共掺杂碳复 合材料包覆的磷酸铁锂。 本发明借助四叔丁基四 氮杂卟啉金属配合物和卵磷脂插层材料的协同 转化效应形成单原子负载的氮磷共掺杂碳复合 包覆层， 能够增强氮 ‑碳环上π电子的共轭程度， 加速电子转移， 提升导电层包覆均匀性， 促进赝 电容效应， 从而提高材 料倍率和低温性能。 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 CN 114388802 A 2022.04.22 CN 114388802 A 1.一种单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆 的磷酸铁锂的制备方法， 其特征在于： 包括以下步骤： S1、 将卵磷脂和四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物分散在由有机溶剂和水组成的混合溶 剂中， 混合均匀后得到混合液； 混合液经干燥后得到四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物插层 的卵磷脂复合物； S2、 将四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物插层的卵磷脂复合物、 磷酸铁、 锂源混合后进行 球磨处理， 得到前驱体； S3、 在保护气氛下对前驱体进行分步烧结得到单原子负载的氮磷共掺杂碳复合材料包 覆的磷酸铁锂。 2.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物 为四叔丁基四氮杂卟啉锰 配合物、 四叔丁基四氮杂卟啉锌配合物、 四叔丁基四氮杂卟啉铜配合物、 四叔丁基四氮杂卟 啉镁配合物。 3.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述卵磷脂与四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物的质量比为(1 ‑ 2)： (0.1‑0.2)。 4.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述有机溶剂为三氯甲烷、 四氢 呋喃、 乙腈或甲酰胺； 所述干燥 的温度为5 0‑80℃。 5.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S2中， 所述磷酸铁与锂源的摩尔比为1： (1.01 ‑1.05)； 所述四叔丁基四 氮杂卟啉金属配合物插层的卵磷脂复合物的添加量 为磷酸铁质量的8％ ‑15％。 6.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S2中， 所述球磨处理的工艺为： 球磨机转速为400 ‑800r/min， 球磨时间 为4h‑8h。 7.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S3中， 所述保护气氛为氮气或氩气。 8.根据权利要求1所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方 法， 其特征在于： 步骤S中， 所述分步烧结的工艺为： 首先由室温升温至第一恒温段， 第一恒 温段的温度为300℃ ‑400℃， 恒温时间为4h ‑6h； 随后继续升温至第二恒温段， 第二恒温段的 温度为600℃， 恒温时间为4h ‑6h； 最后升温至第三恒温段， 第三恒温段的温度为700 ‑800℃， 恒温时间为6 h‑10h， 恒温完成后自然冷却至室温。 9.一种单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆 的磷酸铁锂， 其特征在于： 其是采用如 权利要求1至8任一项所述的制备 方法制备 得到。 10.如权利要求9所述的单原子负载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂在锂离子 电池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114388802 A 2一种单原子负载氮磷共掺 杂碳复合材料 包覆的磷酸铁锂及其 制备方法和应用 技术领域 [0001]本发明属于锂离子电池正极材料技术领域， 涉及 一种单原子负 载氮磷共掺杂碳复 合材料包覆的磷酸铁锂及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]磷酸铁锂(LFP)正极具有高可逆比容量、 充放电平台平稳、 安全性高、 循环寿命长、 资源丰富且价格较低等独特优势， 使其在 储能系统和电动汽车(如公交车、 低速电动汽车和 其它专用车辆)中得到广泛的应用， 成为最具研发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材 料。 LFP为橄榄石结构， Li+位于交替平面八面体的直线链上， 并且所有的Li+仅能沿一维通道 发生脱嵌， 因此使得LFP的离子扩散系数较低。 但LFP较低的电子导电性和 离子扩散速率严 重影响了电化学性能的发挥， 使得LFP的倍率和低 温性能在与三元锂电池的竞争中处于劣 势。 因此， 全面提升LFP的电化学性能， 尤其是提升倍率性能以及低温性能等， 对提高LFP在 锂离子电池领域的应用前 景显得尤为重要。 发明内容 [0003]为解决上述技术问题， 本发明利用四氮杂金属卟啉作为碳源、 氮源和金属源， 将其 插入卵磷脂层间以便保持碳化过程中结构的高度有序转化。 该设计借助四氮杂金属卟啉材 料本身的二 维大共轭π ‑电子结构形成氮掺杂碳层， 并且将其配位金属还原 为单金属负载于 碳层， 增强碳层导电性。 另外， 利用卵磷脂作为磷掺杂剂在氮掺杂碳层上进一步形成磷氮共 掺杂效果， 并与单原子 分散的金属d电子发挥协同作用， 进一步增强π 电子的共轭程度， 有效 改善导电层对磷酸铁锂的包覆效果， 提升包覆界面电子、 离子转移速率， 促进赝电容效应， 从而提升磷酸铁锂的倍 率和低温性能。 [0004]为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0005]一种单原子负 载氮磷共掺杂碳复合材料包覆的磷酸铁锂的制备方法， 包括以下步 骤： [0006]S1、 将卵磷脂和四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物分散在由有机溶剂和水组成的混 合溶剂中， 混合均匀后得到混合液； 混合液经干燥后得到四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物 插层的卵磷脂复合物； 优选的， 所述四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物为四叔丁基四氮杂卟 啉锰配合物、 四叔丁基四氮杂卟啉锌配合物、 四叔丁基四氮杂卟啉铜配合物、 四叔丁基四氮 杂卟啉镁配合物； 所述卵磷脂与四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物的质量比为(1 ‑2)： (0.1‑ 0.2)； 所述干燥的温度为50 ‑80℃， 时间为20 ‑36h； 优选的， 有机溶剂为三氯甲烷、 四氢呋喃、 乙腈或甲酰胺。 [0007]S2、 将四叔丁基四氮杂卟啉金属配合物插层的卵磷脂复合物、 磷酸铁、 锂源混合后 进行球磨处理， 得到前驱体； 优选的， 所述磷酸铁与锂源的摩尔比为1： (1.01 ‑1.05)； 所述四 叔丁基四氮杂卟啉金属配合物插层的卵磷脂复合物的添加量为磷酸铁质量的8％ ‑15％； 进说　明　书 1/7 页 3 CN 114388802 A 3