CN114824163A - 一种正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正极材料及其制备方法和应用，所述方法包括以下步骤：1)将铁源、磷源、锂源、碳源、表面活性剂、金属元素添加剂和分散剂混合，得到分散液，干燥后得到正极材料前驱体；2)所述的磷酸铁锂前驱体经低温烧结后，与石墨催化剂混合，高温烧结得到正极材料。本发明所述方法的整个工艺流程精简，易实现工业化生产，采用本发明提供的制备方法所合成的正极材料为颗粒均一的纳米磷酸铁锂材料，该纳米磷酸铁锂材料经过金属元素和石墨化碳材料的改性，具有优异的低温性能，包括较高的低温容量和低温倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池的低温性能是目前的研究热点，主要由于锂离子电池的电化学性能、寿命和安全性等受低温影响较大。现今改善正极材料低温性能主要方法包括纳米化、高价离子掺杂、表面碳包覆等。如发明专利CN 109920989 A，采用砂磨结合喷雾干燥造粒得到球形前驱，然后通过高温烧结获得三层碳包覆的复合磷酸铁锂正极材料，该方案生产投入高不适用于规模化生产；发明专利CN 113054173 A，利用稀有金属化合物(铟、钽等稀有金属)沉积在物料表面，从而获得核壳结构的低温型磷酸铁锂材料，该合成工艺工艺繁琐，成本投入较大，不利于大规模工业生产；发明专利CN 113571697 A，首先通过砂磨工艺进行颗粒细化，然后再进行成品筛分分级获得小颗粒磷酸铁锂，所获得的小颗粒产品具有良好的倍率性能和低温性能，但该工艺合成周期长，成品收率低难以实现规模化生产。
因而，有必要提供一种具有高性能的低温型正极材料及其制备方法，以满足实际应用需求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用。本发明所述方法的整个工艺流程精简，易实现工业化生产，采用本发明提供的制备方法所合成的正极材料为颗粒均一的纳米磷酸铁锂材料，该纳米磷酸铁锂材料经过金属元素和石墨化碳材料的改性，具有优异的低温性能，包括较高的低温容量和低温倍率性能。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将铁源、磷源、锂源、碳源、表面活性剂、金属元素添加剂和分散剂混合，得到分散液，干燥后得到正极材料前驱体；
(2)所述的磷酸铁锂前驱体经低温烧结后，与石墨催化剂混合，高温烧结得到正极材料。
本发明的方法中，碳源在石墨催化剂的催化作用下，转变为石墨化碳材料用于改性磷酸铁锂，提升其电化学性能。
本发明的方法在磷酸铁锂前驱体的制备阶段引入碳源、金属元素添加剂和表面活性剂，有效地提高了磷酸铁锂晶粒的分散性，抑制了颗粒的二次再生长，并获得良好的改性效果(包括掺杂和包覆效果)，从而获得粒度均匀且高性能的小颗粒产品。
本发明的方法中，通过预先将碳源引入到前驱体中，低温烧结一方面可以使正极材料(例如磷酸铁锂或磷酸锰铁锂)初步结晶，另一方面可以避免颗粒长大，再与石墨催化剂混合进行高温烧结，能够有效提高样品中碳材料的石墨化程度，改善材料的导电性。同时，先低温烧结再引入石墨催化剂高温烧结的工艺设计在一定程度上抑制了磷酸铁锂在烧结中的继续长大，保证了石墨化碳材料对磷酸铁锂的改性效果，也降低了合成工艺的能源消耗。
本发明的方法适用于磷酸盐系正极材料的制备，例如可以是磷酸铁锂正极材料，也可以是磷酸锰铁锂正极材料。
在一个可选的实施方式中，采用上述方法制备磷酸锰铁锂正极材料，与上述方法的区别在于，在步骤(1)的原料中还加入锰源，例如硝酸锰或碳酸锰等。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，步骤(1)所述碳源包括可碳化材料和/或碳材料，优选为可碳化材料。
优选地，所述可碳化材料包括蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、淀粉、麦芽糖、壳聚糖、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚吡咯(PPy)中的至少一种。
优选地，所述碳材料包括乙炔黑、石墨粉和碳纳米管中的至少一种。
优选地，步骤(1)所述碳源的重量占比为正极材料理论重量的5～15％，例如5％、6％、8％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等。
本发明中，所述“正极材料理论重量”指的是，不计入掺杂和包覆的正极材料的重量，例如对于磷酸盐系正极材料，正极材料理论重量指的是磷酸铁锂的理论重量或者磷酸锰铁锂的理论重量。
优选地，步骤(1)所述表面活性剂包括十六烷三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷三甲基氯化铵(CTAC)、三乙醇胺(TEOA)、乙二醇(EG)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种。
优选地，步骤(1)所述表面活性剂的加入量为正极材料理论重量的0.1～2.0％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.7％、1％、1.3％、1.5％、1.7％或2.0％等。
优选地，步骤(1)所述金属元素添加剂为金属氧化物。
优选地，所述金属氧化物包括氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化钒、氧化铌、氧化锰和氧化镍中的至少一种。
优选地，步骤(1)所述金属元素添加剂的加入量为正极材料理论重量的0.1～5.0％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.7％、1％、1.3％、1.5％、1.7％、2.0％、2.3％、2.6％、3.0％、3.3％、3.5％、3.8％、4.0％、4.2％、4.5％、4.7％或5.0％等，优选为0.5～1.5％。
优选地，步骤(1)所述分散剂包括水(例如可以是纯水、去离子水等)、乙醇和丙酮中的至少一种，可以是单一种类，也可以是两种以上的组合，所述组合例如可以是水和乙醇的混合液。
优选地，步骤(1)中，铁源、磷源和锂源的摩尔比为0.93～0.98：0.98～1.00:1.02～1.06，其中，铁源的摩尔比的选择范围0.93～0.98例如0.93、0.94、0.95、0.96、0.97或0.98等，磷源的摩尔比的选择范围0.98～1.00例如0.98、0.99或1.00等，锂源的摩尔比的选择范围1.02～1.06例如1.02、1.03、1.04、1.05或1.06等。
本发明中，对铁源、磷源和锂源的具体种类不作限定，例如，锂源可以是氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、磷酸锂和柠檬酸锂等材料的一种或多种；铁源可以是硝酸铁、硫酸亚铁、柠檬酸铁、草酸亚铁、氧化铁和磷酸亚铁中的一种或多种；磷源可以选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂和磷酸铁中的一种或多种。
作为本发明所述方法的一个优选技术方案，步骤(1)所述混合按照下述方式进行：
将表面活性剂和分散剂制备成表面活性剂溶液，然后添加铁源、磷源、碳源，再通过加热处理使混合物充分溶解，得到混合液A；
将锂源和至少一种金属元素添加剂加入至上述混合液A中，得到混合液B。
作为本发明所述方法的又一个优选技术方案，所述的磷酸铁锂前驱体在低温烧结前进行破碎的步骤。
优选地，步骤(2)所述低温烧结在保护气体的保护氛围下进行，所述低温烧结的保护气体包括氮气、氦气、氩气或氖气中的至少一种。
优选地，步骤(2)所述低温烧结的温度为250～450℃，例如250℃、275℃、300℃、320℃、330℃、340℃、350℃、375℃、400℃或450℃等。
优选地，步骤(2)所述低温烧结的升温速率为5～20℃/min，例如5℃/min、7℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、14℃/min、15℃/min、18℃/min或20℃/min等。
优选地，步骤(2)所述低温烧结的恒温时间为8～15h，例如8h、9h、10h、12h、13h或15h等。
优选地，所述低温烧结后，对低温烧结的产物进行破碎得到半成品，将所述半成品与石墨催化剂混合。
作为本发明所述方法的再一优选技术方案，步骤(2)所述石墨催化剂为具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物。
优选地，所述具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物包括萘、菲、蒽、芘、苝及其衍生物、二茂铁、二苯基膦和三苯基甲烷中的至少一种。
本发明中，所述萘、菲、蒽、芘、苝及其衍生物中，苝的衍生物可以是苝-3,4,9,10-四羧酸二酐。
本发明中，通过选用具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物(例如可以是二茂铁、三苯基膦、三苯基甲烷等)作为石墨催化剂，相比于金属镍、氯化钴等金属或金属盐，此类环状可碳化有机物更有利于催化形成石墨碳，同时，该具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物和可以原位形成碳材料，与石墨碳和未转化的无定形碳构建多元复合碳层，形成更丰富的导电结构，从而提高LFP的电子导电性能。
优选地，步骤(2)所述石墨催化剂的加入量为正极材料理论重量的0.5～5.0％，优选为1.0～3.0％，例如0.5％、1％、1.5％、2.0％、2.2％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％或5.0％等。若加入量过多，LFP包覆碳层厚度变厚，将不利于锂离子的脱嵌；若加入量过少，一方面导致石墨碳形成不足，另一方面影响多元复合碳层的搭建，从而影响电子的有效传输。
优选地，步骤(2)所述高温烧结在保护气体的保护氛围下进行，所述高温烧结的保护气体包括氮气、氩气、氢氩混合气、气化甲烷或乙醇中的至少一种。
优选地，步骤(2)所述高温烧结的温度为500～850℃，例如500℃、550℃、575℃、600℃、650℃、680℃、700℃、750℃、800℃或850℃等。
优选地，步骤(2)所述高温烧结的升温速率为5～20℃/min，例如5℃/min、7℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、14℃/min、15℃/min、18℃/min或20℃/min等。
优选地，步骤(2)所述高温烧结的恒温时间为8～15h，例如8h、9h、10h、12h、13h、14h或15h等。
本发明中，对高温烧结采用的设备不作具体限定，包括但不限于管式炉、辊道窑炉、回转窑炉等具有保护气氛的高温烧结炉。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
步骤1，将表面活性剂和分散剂制备成一定浓度的表面活性剂溶液，然后添加铁源、磷源、碳源，再通过加热处理使混合物充分溶解，得到混合液；
步骤2，将锂源和至少一种金属氧化物加入至上述混合液中，通过加热搅拌直至水分蒸干后，得到固相前驱体材料进行破碎；
步骤3，将前驱体置于烧结炉中在保护气体氛围下以5～20℃/min的升温速率至250～450℃恒温8～15h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
步骤4，添加少量的石墨催化剂与半成品充分混合，置于烧结炉中在保护气体氛围下以5～20℃/min的升温速率至500～850℃恒温8～15h，待物料冷却至室温后取出破碎得到最终成品物料；
此技术方案中，碳源选择可溶于分散剂的可碳化材料，例如可溶于水的糖类或柠檬酸，可以是葡萄糖、蔗糖、柠檬酸。采用可溶于分散剂的可碳化材料作为碳源，有利于提高分散性、碳材料的石墨化程度和颗粒的细度。
本发明中，对破碎采用的设备不作具体限定，包括但不限于气流磨、砂磨机和球磨机等。
本发明通过引入表面活性剂获得分散性良好的小颗粒前驱体，结合低温烧结以及后续石墨催化剂的作用获得低温性能优异的正极材料，该制备工艺简单、颗粒均一，且获得的正极材料综合性能良好。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的方法制备得到的正极材料，所述正极材料包括金属离子掺杂的磷酸铁锂以及石墨化碳材料；
优选地，所述正极材料的粒径分布如下：D10为20～50nm，D50为50～150nm，D90为50～100nm。示例性地，D10例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm等；D50例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm或150nm等；D90例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
本发明的正极材料是一种低温型聚阴离子正极材料，例如可以是磷酸铁锂材料，或者磷酸锰铁锂材料。
第三方面，本发明提供一种正极，所述正极的正极材料包括第二方面所述的正极材料。
第四方面，本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括第三方面所述的正极。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的方法在正极材料前驱体(例如磷酸铁锂前驱体或磷酸锰铁锂前驱体)的制备阶段引入碳源、金属氧化物和表面活性剂，所述前驱体低温烧结后与石墨催化剂混合进行高温烧结，上述原料和工序上的综合配合，有效地提高了正极材料(例如磷酸铁锂或磷酸锰铁锂)晶粒的分散性，抑制了颗粒的二次再生长，并获得良好的改性效果(包括掺杂和包覆效果)，从而获得粒度均匀且高性能的小颗粒产品。本发明的正极材料具有优异的低温性能，包括较高的低温容量和低温倍率性能。
(2)本发明所述方法的整个工艺流程精简，降低了合成工艺的能源消耗，易实现工业化生产。
附图说明
图1表示实施例1和对比例1的材料的拉曼图；
图2表示实施例1的材料的SEM图，其中的插图为粒度分布图；
图3表示实施例1、实施例2和对比例1的材料的低温放电性能，图中的“对比组1”对应对比例1。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明实施例中，R表示拉曼图谱中的D峰和G峰的强度之比。
实施例1
本实施例提供了一种低温型聚阴离子正极材料的制备方法及其应用。
制备方法如下：
(1)将硝酸铁、磷酸二氢铵、氢氧化锂按照计量为0.95：1.00：1.04摩尔比混合，加入12％重量比(以硝酸铁、磷酸二氢铵、氢氧化钠的总质量计)的去离子水作为分散剂；同时加入占磷酸铁锂理论重量10％的柠檬酸作为碳源，制得混合液A；
(2)向混合液A中添加占磷酸铁锂理论重量0.5％的氧化镁作为金属氧化物添加剂搅拌均匀，再称量占磷酸铁锂理论重量1.0％的EG作为表面活性剂加入上述溶液，并得到混合液B；
(3)将溶液B干燥后得到固相磷酸铁锂前驱体，经过破碎后将前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率至300℃恒温10h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
(4)称量占磷酸铁锂理论重量1.0％的二茂铁作为石墨催化剂与半成品充分混合均匀，在氮气氛围下将混合物以10℃/min的速率升温到600℃保温12h，冷却后研磨得到磷酸铁锂材料。
通过扫描电子显微镜观察所制备的磷酸铁锂材料微观形貌，图2为实施例1制备得到的LFP材料的SEM照片，其中的插图为粒度分布图，通过SEM图片发现材料的粒径均匀，粒径主要在45～95nm之间，通过粒度分布图发现其D10为34nm，D50为68nm，D90为91nm。
利用拉曼光谱测试分析了物料中碳材特征峰的强度，发现R＝Id/Ig＝0.76，即表明该物料的碳材大多为石墨材料。
通过组装扣式半电池，其中，活性物质是：上述制备的磷酸铁锂材料(LFP)，导电剂是：超级导电碳黑(SP)，粘结剂是：聚偏二氟乙烯(PVDF)，溶剂是：N-甲基吡咯烷酮(NMP)，按照PVDF:SP:NMP＝90:50:3000的配比进行浆料配制，LFP/(LFP+SP+PVDF)质量比＝94％。在低温-20℃下以不同电流密度进行充放电测试，发现0.1C放电容量高达142.2mAh/g，1.0C放电容量高达108.2mAh/g。
实施例2
(1)将草酸亚铁、磷酸二氢铵、氢氧化锂按照计量为0.95：0.98：1.04摩尔比混合，加入12％重量比(以草酸亚铁、磷酸二氢铵、氢氧化锂的总质量计)的去离子水作为分散剂同时加入占磷酸铁锂理论重量10％的蔗糖作为碳源制得混合液A；
(2)向混合液A中添加占磷酸铁锂理论重量0.5％的氧化锰作为金属氧化物添加剂搅拌均匀，再称量占磷酸铁锂理论重量0.5％的CTAB作为表面活性剂加入得到混合液B；
(3)将溶液B干燥后得到固相磷酸铁锂前驱体，经过破碎后将前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率至350℃恒温10h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
(4)称量占磷酸铁锂理论重量1.0％的二苯基膦作为石墨催化剂与半成品充分混合均匀，在氮气氛围下将混合物以10℃/min的速率升温到650℃保温12h，冷却后研磨得到磷酸铁锂材料。
其余各实施例和对比例按照与本实施例1相同的方法进行测试，结果示于表1中。
实施例3
(1)将硝酸铁、磷酸二氢铵、醋酸锂按照计量为0.95：1.00：1.04比例混合，加入12％重量比(以硝酸铁、磷酸二氢铵、醋酸锂的总质量计)的去离子水与乙醇混合液(1:1)作为分散剂同时加入8％的葡萄糖作为碳源制得混合液A；
(2)向混合液A中添加占磷酸铁锂理论重量1.0％的氧化钒作为金属氧化物添加剂搅拌均匀，再称量占磷酸铁锂理论重量0.5％的TEOA作为表面活性剂加入得到混合液B；
(3)将溶液B干燥后得到固相磷酸铁锂前驱体，经过破碎后将前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率至350℃恒温10h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
(4)称量占磷酸铁锂理论重量3.0％的三苯基甲烷作为石墨催化剂与半成品充分混合均匀，在氮气氛围下将混合物以10℃/min的速率升温到680℃保温10h，冷却后研磨得到磷酸铁锂材料。
实施例4
(1)将磷酸亚铁、磷酸二氢铵、柠檬酸锂按照计量为0.95：1.00：1.04比例混合，加入10％重量比(以磷酸亚铁、磷酸二氢铵、柠檬酸锂的总质量计)的去离子水作为分散剂同时加入12％的葡萄糖作为碳源制得混合液A；
(2)向混合液A中添加占磷酸铁锂理论重量1.0％的氧化铌作为金属氧化物添加剂搅拌均匀，再称量占磷酸铁锂理论重量0.5％的PEG作为表面活性剂加入得到混合液B；
(3)将溶液B干燥后得到固相磷酸铁锂前驱体，经过破碎后将前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率至300℃恒温10h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
(4)称量占磷酸铁锂理论重量1.0％的苝-3,4,9,10-四羧酸二酐作为石墨催化剂与半成品充分混合均匀，在氮气氛围下将混合物以10℃/min的速率升温到650℃保温12h，冷却后研磨得到磷酸铁锂材料。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，二茂铁的重量占比为0.5％。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，二茂铁的重量占比为5％。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，将二茂铁替换为等重量的金属镍。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，将氧化镁替换为硝酸镁，二者镁元素的摩尔量相同。
对比例1
(1)将硝酸铁、磷酸二氢铵、氢氧化锂按照计量为0.95：1.00：1.04比例混合，加入12％重量比(以硝酸铁、磷酸二氢铵、氢氧化钠的总质量计)的去离子水作为分散剂同时加入占磷酸铁锂理论重量10％的柠檬酸作为碳源制得混合液A；
(2)向混合液A中添加占磷酸铁锂理论重量0.5％的氧化镁作为金属氧化物添加剂搅拌均匀，再称量占磷酸铁锂理论重量1.0％的EG作为表面活性剂加入得到混合液B；
(3)将溶液B干燥后得到固相磷酸铁锂前驱体，经过破碎后将前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率至300℃恒温10h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
(4)将半成品置于氮气氛围下以10℃/min的速率升温到600℃保温12h，冷却后研磨得到磷酸铁锂材料。
图1表示实施例1和对比例1的材料的拉曼图。
图3表示实施例1、实施例2和对比例1的材料的低温放电性能，图中的“对比组1”对应对比例1。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，将等重量的二茂铁直接在步骤(2)加入。
表1
通过表1可知，本发明合成的正极材料具有较高的石墨化程度，以及优异的低温性能，其容量高、倍率性能好。同时，通过实施例和对比例之间的对比发现，不同石墨催化剂的种类、添加量及添加的顺序对合成的产品电化学性能具有非常明显的影响，其原因主要在于这些因素主要影响LFP中的石墨化碳层的浓度，从而影响LFP电子导电性能。
通过实施例1与实施例5-6对比可知，石墨催化剂的添加量处于合适的范围内，有利于提高石墨化度(Id/Ig的数值越小，石墨化度越高)、适宜的碳层厚度以及合适的碳层构造，电化学性能越好，低温放电容量越高、低温倍率性能越好。
通过实施例1与实施例7对比可知，本专利所提供的具有环状化合物的石墨化催化剂在合成的成品中，石墨化程度要明显高于常规催化剂，而且能够构建合适的导电碳层，进而导致前者的电子导电性能高于后者，低温放电性能更优。
通过实施例1与实施例8对比可知，本专利提供的金属氧化物添加剂所合成的LFP的电化学性能要优于金属盐类，主要是因为金属盐类物质所引入的阴离子易影响前驱体的生成，同时也有可能形成其他杂相，从而导致LFP性能降低。
通过实施例1与对比例1对比可知，在没有添加任何石墨化催化剂的条件下，成品LFP的扣电充放性能远不如有石墨化催化剂存在时的情况，从而也间接论证了石墨化催化剂对LFP石墨化程度和电子导电性能的影响。
通过实施例1与对比例2对比可知，添加的石墨化催化剂顺序对成品LFP的有很大的影响，如果改变石墨化催化剂的添加顺序，电化学性能将明显差于特定顺序下的LFP。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将铁源、磷源、锂源、碳源、表面活性剂、金属元素添加剂和分散剂混合，得到分散液，干燥后得到正极材料前驱体；
(2)所述的磷酸铁锂前驱体经低温烧结后，与石墨催化剂混合，高温烧结得到正极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳源包括可碳化材料和/或碳材料，优选为可碳化材料；
优选地，所述可碳化材料包括蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、淀粉、麦芽糖、壳聚糖、聚乙烯醇PVA、聚乙烯PE、聚丙烯PP和聚吡咯PPy中的至少一种；
优选地，所述碳材料包括乙炔黑、石墨粉和碳纳米管中的至少一种；
优选地，步骤(1)所述碳源的重量占比为正极材料理论重量的5％～15％；
优选地，步骤(1)所述表面活性剂包括十六烷三甲基溴化铵CTAB、十六烷三甲基氯化铵CTAC、三乙醇胺TEOA、乙二醇EG和聚乙二醇PEG中的至少一种；
优选地，步骤(1)所述表面活性剂的加入量为正极材料理论重量的0.1～2.0％；
优选地，步骤(1)所述金属元素添加剂为金属氧化物；
优选地，所述金属氧化物包括氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化钒、氧化铌、氧化锰和氧化镍中的至少一种；
优选地，步骤(1)所述金属元素添加剂的加入量为正极材料理论重量的0.1～5.0％，优选为0.5～1.5％；
优选地，步骤(1)所述分散剂包括水、乙醇和丙酮中的至少一种；
优选地，步骤(1)中，铁源、磷源和锂源的摩尔比为0.93～0.98：0.98～1.00:1.02～1.06。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述混合按照下述方式进行：
将表面活性剂和分散剂制备成表面活性剂溶液，然后添加铁源、磷源、碳源，再通过加热处理使混合物充分溶解，得到混合液A；
将锂源和至少一种金属元素添加剂加入至上述混合液A中，得到混合液B。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述的磷酸铁锂前驱体在低温烧结前进行破碎的步骤；
优选地，步骤(2)所述低温烧结在保护气体的保护氛围下进行，所述低温烧结的保护气体包括氮气、氦气、氩气或氖气中的至少一种；
优选地，步骤(2)所述低温烧结的温度为250～450℃；
优选地，步骤(2)所述低温烧结的升温速率为5～20℃/min；
优选地，步骤(2)所述低温烧结的恒温时间为8～15h；
优选地，所述低温烧结后，对低温烧结的产物进行破碎得到半成品，将所述半成品与石墨催化剂混合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述石墨催化剂为具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物；
优选地，所述具有环状结构的可碳化有机物及其衍生物包括萘、菲、蒽、芘、苝及其衍生物、二茂铁、二苯基膦和三苯基甲烷中的至少一种；
优选地，所述萘、菲、蒽、芘、苝及其衍生物中，苝的衍生物包括苝-3,4,9,10-四羧酸二酐；
优选地，步骤(2)所述石墨催化剂的加入量为正极材料理论重量的0.5～5.0％，优选为1.0～3.0％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述高温烧结在保护气体的保护氛围下进行，所述高温烧结的保护气体包括氮气、氩气、氢氩混合气、气化甲烷或乙醇中的至少一种；
优选地，步骤(2)所述高温烧结的温度为500～850℃；
优选地，步骤(2)所述高温烧结的升温速率为5～20℃/min；
优选地，步骤(2)所述高温烧结的恒温时间为8～15h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，将表面活性剂和分散剂制备成表面活性剂溶液，然后添加铁源、磷源、碳源，再通过加热处理使混合物充分溶解，得到混合液；
步骤2，将锂源和至少一种金属氧化物加入至上述混合液中，通过加热搅拌直至水分蒸干后，得到固相前驱体材料进行破碎；
步骤3，将前驱体置于烧结炉中在保护气体氛围下以5～20℃/min的升温速率至250～450℃恒温8～15h，待物料冷却至室温后取出破碎得到半成品；
步骤4，添加少量的石墨催化剂与半成品充分混合，置于烧结炉中在保护气体氛围下以5～20℃/min的升温速率至500～850℃恒温8～15h，待物料冷却至室温后取出破碎得到最终成品物料；
其中，碳源为可溶于分散剂的可碳化材料。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括金属离子掺杂的磷酸铁锂以及石墨化碳材料；
优选地，所述正极材料的粒径分布如下：D10为20～50nm，D50为50～150nm，D90为50～100nm。
9.一种正极，其特征在于，所述正极的正极材料包括权利要求8所述的正极材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求9所述的正极。
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