[發(fā)明專利]蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO4/C復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710072533.0
• 申請(qǐng)日: 2007-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN101093888A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王殿龍;戴長松;胡信國;李冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/04;B01J19/00;C01B25/45
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種動(dòng)力鋰離子電池的正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量的要求愈來愈高，對(duì)電動(dòng)汽車的需求也日趨迫切，世界各國積極開發(fā)電動(dòng)汽車技術(shù)，其中，大功率動(dòng)力電池是關(guān)鍵技術(shù)之一。鋰離子電池由于電壓高、容量大、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等獨(dú)特性能，在電動(dòng)汽車市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益，成為研究的熱點(diǎn)。目前，鋰離子電池正極材料以鈷酸鋰為主，存在安全性問題，限制了鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用。因此，尋找更加安全穩(wěn)定，原料來源廣泛且價(jià)格低廉，更綠色環(huán)保的正極材料是發(fā)展鋰離子動(dòng)力電池的迫切需要。磷酸亞鐵鋰作為下一代鋰離子電池的正極材料，熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能好、安全性高、原料來源廣泛、無環(huán)境污染，是電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池的理想正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前由于以鈷酸鋰為主的鋰離子電池正極材料存在安全性問題，限制了鋰離子電池在電動(dòng)汽車上應(yīng)用的問題，而提供了一種蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料是一種適合動(dòng)力鋰離子電池的正極材料。本發(fā)明采用超聲波控制結(jié)晶法制備蜂窩結(jié)構(gòu)球形磷酸亞鐵鋰材料，并通過碳摻雜增加電子導(dǎo)電性，提高動(dòng)力鋰離子電池的大電流充放電性能。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料由NH₄FePO₄·H₂O、Li₂CO₃和葡萄糖或蔗糖制成，其中NH₄FePO₄·H₂O與Li₂CO₃的摩爾比為2∶1，葡萄糖或蔗糖中的C與LiFePO₄的質(zhì)量比為1∶10～30；所述的NH₄FePO₄·H₂O由硫酸亞鐵、磷酸與氨水按1∶1～1.5∶1～1.2的摩爾比制成。

本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料制備方法的步驟如下：一、在45℃、以頻率10～30KHz的超聲波攪拌條件下，將0.4mol/L的磷酸溶液和1.2mol/L的氨水溶液同時(shí)滴加到0.6mol/L的硫酸亞鐵溶液中，其中硫酸亞鐵、磷酸與氨水的摩爾比為1∶1～1.5∶1～1.2，磷酸溶液的滴加速度為2滴/s，調(diào)節(jié)氨水的滴加速度使反應(yīng)液的pH值恒定在2.1，滴加完畢后繼續(xù)攪拌8～12小時(shí)，再保溫沉淀5～6小時(shí)，然后將沉淀過濾再洗滌至中性，在110℃真空干燥12小時(shí)，得到的前驅(qū)體NH₄FePO₄·H₂O；二、將前驅(qū)體NH₄FePO₄·H₂O與Li₂CO₃按摩爾比2∶1混合，同時(shí)加入葡萄糖或蔗糖，葡萄糖或蔗糖的加入量為葡萄糖或蔗糖中的C與LiFePO₄的質(zhì)量比為1∶15～30，滴加1％～3％反應(yīng)液質(zhì)量的去離子水進(jìn)行研磨，使其混合均勻，然后在500～700℃并在含氫5～10％(體積百分比)的氬氣保護(hù)下，燒結(jié)18小時(shí)，制得粒徑為0.1～100μm的球形LiFePO₄/C復(fù)合材料。

本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料的用途是用于鋰離子電池和或用于鋰聚合物電池的正極材料。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C復(fù)合材料具有蜂窩結(jié)構(gòu)，電解液可以滲透到球形磷酸亞鐵鋰顆粒內(nèi)部，縮短了鋰離子的固相擴(kuò)散路徑，有利于高倍率充放電，適合用于電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池的正極材料；并且碳摻雜提高了本發(fā)明產(chǎn)品的電子導(dǎo)電性。

附圖說明

圖1是蜂窩結(jié)構(gòu)球形LiFePO₄/C的顯微結(jié)構(gòu)照片，圖2是電池恒流放電的電壓容量曲線圖，其中口表示第1次循環(huán)電池恒流充電的電壓容量曲線，■表示第1次循環(huán)電池恒流放電的電壓容量曲線，○表示第2次循環(huán)電池恒流充電的電壓容量曲線，●表示第2次循環(huán)電池恒流放電的電壓容量曲線，△表示第23次循環(huán)電池恒流充電的電壓容量曲線，▲表示第23次循環(huán)電池恒流放電的電壓容量曲線。

具體實(shí)施方式