[發明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰/碳的制法

無效

• 申請號: 200910040045.0
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101582496A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 王海輝;余靈輝;劉橋生;田冰冰;廉培超
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，具體涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰/碳的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有能量密度大、循環壽命長、工作電壓高、無記憶效應、自放電小等特點，自誕生以來迅速成為當今及未來可再充式電源的主要選擇對象之一。正極材料是限制鋰離子電池進一步發展的關鍵因素，尋找新型正極材料以及對現有材料改性是各國鋰離子電池研究者的工作焦點。

自1997年Goodenough等報道合成LiFePO₄可用作鋰離子電池正極材料以來，人們就開始了對LiFePO₄的研究狂潮。因為LiFePO₄具有170mAh/g理論容量，在3.4V(vs.Li+/Li)附近有很平坦的放電平臺，更由于它低毒、原料價格低廉、安全性好，使得LiFePO₄很有希望成為下一代鋰離子電池正極材料。但是由于LiFePO₄的電導率低、材料內部鋰離子擴散速率小而限制了它的電化學性能。目前，研究者主要通過三個方面改進LiFePO₄的電化學性能：(1)包覆導電劑，以提高電導率。主要有包覆C，Ag，Cu等；(2)在Li位或Fe位摻雜金屬，通過增大材料內部Li⁺擴散速率來提高材料性能；(3)合成顆粒細小、均勻的LiFePO₄，減小Li⁺在材料內部的擴散距離，從而降低Li⁺擴散慢帶來的不利影響。在這些方法中，大多數用Fe²⁺化合物為原料，成本較高；用Fe³⁺為原料，很少能得到性能較好的LiFePO₄，而且方法繁雜，不適于工業化。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰/碳的制法，制備過程環保無污染，原料成本低，制得的磷酸亞鐵鋰/碳電化學性能優良，循環穩定性好，制備方法適合工業化。

本發明目的通過以下技術方案來實現：

一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰/碳的制法：

按Fe和P摩爾比1∶1稱取LiH₂PO₄和Fe₂O₃，配以占兩者總重量10～45％的碳源，混合成原料，加入分散劑，在球磨機上濕磨1～24小時；將球磨得到的混合物干燥后，在600～800℃的惰性氣體中煅燒1～12小時制得磷酸亞鐵鋰/碳復合物。

所述的碳源為葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂、纖維素、淀粉、聚乙二醇、聚丙烯、碳納米管、納米碳纖維、納米碳微球、聚氯乙烯中的一種或幾種。

所述的分散劑為水、乙醇、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一種或幾種。

所述的原料占分散劑量的5～50％質量。

所述的惰性氣體為氬氣、氮氣、氦氣、二氧化碳中的一種或幾種。

本發明相對于現有技術具有的優點及有益效果：

(1)本發明方法選用的鐵源為廉價Fe₂O₃，磷源是LiH₂PO₄，這兩種原料的組合是目前合成磷酸亞鐵鋰最便宜的原料組合方式之一，有利于降低成本。

(2)本發明方法選用的所有原料都是綠色的，在煅燒過程中沒有如NH₃這類傳統固相法制備磷酸亞鐵鋰所產生的有害氣體，及因為尾氣處理而增加成本。

(3)本發明方法工藝簡單，周期短，能耗少，利于降低成本及大規模工業化。本發明方法僅用到一次球磨，球磨后的混合物干燥后直接煅燒，無需反復球磨以及球磨后的造粒等后續處理。本發明方法中的煅燒方式是一步燒結，煅燒時間短。

(4)本發明方法制得的磷酸亞鐵鋰/碳電化學性能優良，循環穩定性好，0.8C充放電50圈基本維持在120mAh/g左右。

附圖說明

圖1為實施例1制得的磷酸亞鐵鋰/碳的循環性能圖；

圖2為實施例2制得的磷酸亞鐵鋰/碳的循環性能圖；

圖3為實施例3制得的磷酸亞鐵鋰/碳的循環性能圖；

圖4為實施例4制得的磷酸亞鐵鋰/碳的循環性能圖。