[發明專利]化學氣相沉積輔助固相法合成LiFePO4/C材料的方法

在審

• 申請號: 200810032412.8
• 申請日: 2008-01-08
• 公開（公告）號: CN101237039A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 趙兵;焦正;吳明紅;蔣永;仲明陽;施文彥;吳文靜;周詩情;莊華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/04;C01B25/45;C23C16/00;B22F1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種化學氣相沉積輔助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法，也即是制備碳包覆磷酸鐵鋰電池正極材料的方法。屬鋰離子電池材料制備工藝技術領域。

背景技術

能源是與人類社會的生存與發展休戚相關的?？沙掷m發展與和諧社會是全人類共同的愿望和奮斗目標。化學電源是一種將化學能直接轉變為電能的裝置，隨著電子技術和信息產業的飛速發展，它在人們日常生活、工業和國防中所起的作用越來越重要。隨著技術的不斷進步，手機通訊、便攜式電器、電動工具日益向小型化、輕型化發展，種類和使用量不斷增加，因而電池的需求量不斷增加，同時也對化學電源提出了更高的要求。因此，低成本、無環境污染、高比能量、安全性成為化學電源追求的重要內容。

目前鋰離子電池正極材料主要集中在具有α-NaFeO₂型結構的材料，包括LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂和LiVO₂等。其中層狀結構的鋰鈷氧(LiCoO₂)是目前唯一已經大規模產業化、商業化的正極材料。但其存在安全性差且Co價格昂貴、資源短缺、污染大等缺點；LiNiO₂成本較低，容量較高(實際容量可達190-210mAh/g)，但存在制備困難，充電狀態下不穩定性等問題；近年來人們為解決鋰離子電池安全性和價格高問題，對尖晶石結構的LiMn₂O₄研究較多。LiMn₂O₄價格便宜、安全性相對較好，但作為鋰離子電池正極材料商品化存在的問題，就是其在充放過程中存在Jahn-Teller效應及Mn²⁺溶于電解液中而損失一部分活性材料，導致放電比容量在多次循環的過程中衰減嚴重。因此急需開發出一種新型的正極材料來滿足日益增長的市場需要。

自1997年Goodenough首次報道LiFePO₄可作為鋰離子電池正極材料以來，由于其價格低廉，較高的理論容量，對環境友好，以及良好的循環性能和熱穩定性，引起了人們廣泛的關注。LiFePO₄理論容量達170mAh/g，對Li⁺/Li電位為3.43V，理論能量密度達580Wh/Kg，是一種極具應用潛力的鋰離子電池正極材料。但是LiFePO₄正極材料還存在以下三個方面的問題：(1)合成中Fe³⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到單相的LiFePO₄；(2)LiFePO₄低的電子電導率(10^-9~10^-10S/cm)和鋰離子擴散系數(1.8×10^-14cm²/S)，導致其倍率充放電性能極差；(3)振實密度低，導致體積比能量低。這三個問題嚴重限制了它在混合動力汽車中的應用。人們通過各種方法提高磷酸鐵鋰的電導率，并取得了重大進展。改進措施主要集中在以下幾個方面：通過添加導電劑(碳、金屬粉末等)來改善材料的電子導電性；往磷酸鐵鋰材料中摻入高價雜質金屬離子(如Mg²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Mn²⁺等)，使磷酸鐵鋰本征半導體轉變為n型或p型半導體，可將材料的電導率提高8個數量級；通過提高電池工作環境的溫度來提高離子擴散速度；通過控制制備材料的粒徑，縮短離子遷移路徑，以減小離子擴散時間。

目前這種電極材料的制備方法最常見的為固相合成方法，固相法也是最有工業應用前景的方法。由于該方法存在合成溫度較高，顆粒大，粒徑分布不均勻等缺點而不能完全解決材料固有的局限性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種適合工業化生產的有學氣相沉積輔助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法。

本發明一種化學氣相沉積輔助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟：

a.原料前驅體的準備和配合：將含鋰化合物、含鐵化合物、含磷化合物按鋰、鐵、磷的化學計量比1∶1∶1的比例稱取重量，并摻入一定量的有機前驅體共同均勻混合，構成混合料；將此混合料放在星式球磨機內球磨2～10小時，得到粉狀原料前驅體配合料；