[發明專利]一種綠色LiFePO₄/C納米復合正極材料的制備方法無效

申請號：	200910057986.5	申請日：	2009-10-09
公開（公告）號：	CN101777637A	公開（公告）日：	2010-07-14
發明（設計）人：	徐云龍;黃新虎;徐永剛;張書誠	申請（專利權）人：	上海微納科技有限公司
主分類號：	H01M4/04	分類號：	H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種綠色 lifepo sub 納米復合正極材料制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種綠色LiFePO₄/C納米正極材料的制備方法，屬于鋰電池材料及電化學領域。

背景技術

近年來，電子信息技術的飛速發展使得電子儀器設備小型化，從而對移動電源的需求快速增長，同時對移動電源也提出了更高的要求。此外，電動汽車將可能替代傳統汽車而倍受關注，而移動電源系統是電動汽車發展的關鍵部件。因此，低成本、對環境無公害的高比能量電池成為移動電源產業發展的重點內容。

鋰離子電池正是為適應這種需求而誕生的時代產物，且自問世以來，發展速度極快。鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔膜、正負極材料等，相對負極而言，正極材料的研究較為滯后，成為制約鋰離子電池整體性能進一步提高的關鍵因素。而目前研究最多的幾種正極材料LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等均因存在著不同的缺點而難以滿足需要。

1997年Padhi的開拓性研究揭開了對橄欖石型LiFePO₄研究的序幕。LiFePO₄具有較高的理論比容量(170mAh/g)、適中的電壓平臺(3.4V左右)、優良的循環性能、豐富的原料來源、低廉的價格以及良好的安全性、環保性等優點。但是，橄欖石型結構導致了其電導率和鋰離子遷移率低，這極大地限制了它的實際應用。近年來，各國專家學者研究了摻雜碳、金屬粒子或金屬離子等高導電材料來提高LiFePO₄室溫下的導電率，通過減小LiFePO₄的粒徑來提高鋰離子遷移率的各種方法。

LiFePO₄的制備方法主要有高溫固相反應法、液相共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、氧化還原法、固相微波法和機械球磨法。工業上普遍使用的是高溫固相反應法，即將一定比例的鋰鹽、亞鐵鹽和磷酸鹽球磨混合均勻，在惰性氣體保護下高溫燒結得到LiFePO₄。高溫固相法的優點是易于實現工業化，但高溫固相法合成周期長、能耗大、熱能利用低、鋰鹽揮發大、成分難以控制，導致產品的穩定性差。

采用濕化學方法合成LiFePO₄，可以實現鋰、鐵、磷在分子水平的混合，有助于控制產物的化學成分和粒徑。但目前用濕法制備LiFePO₄的原料一般用Fe(NO₃)₃或FeSO₄，制備過程中會產生氮氧化物或硫氧化物嚴重污染環境，另外，制備包碳型LiFePO₄時一般需要外加碳源，如蔗糖，有機表面活性劑(如聚乙二醇)等，但包覆效果都不太好，而且碳損失嚴重。

發明內容

本發明針對制備LiFePO₄過程中出現的環境污染的問題，提出一種綠色原料路線來制備LiFePO₄/C鋰離子電池復合正極材料。

本發明的技術方案如下：

(1)前驅體制備：按一定摩爾比稱取一定量檸檬酸鐵、鋰源化合物、磷源化合物，并在一定溫度下溶于去離子水配成一定濃度的混合液，然后采用一定的干燥方式進行干燥，研磨后即得到前驅體粉體。

(2)燒結：將步驟(1)得到的前驅體粉末放入燒結爐中，在惰性氣氛中進行燒結，然后自然冷卻至室溫，即制得LiFePO₄/C納米復合正極材料。

步驟(1)中所述的鋰源化合物選自磷酸二氫鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰中的一種或其混合物。

步驟(1)中所述的磷源化合物選自磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、磷酸中的一種或其混合物。

步驟(1)中所述的檸檬酸鐵、鋰源化合物、磷源化合物的摩爾比為：Fe∶Li∶P＝1.0～1.1∶1.0～1.1∶1.0～1.1。

步驟(1)中所述的一定溫度為30～80℃，混合液的濃度為0.1～0.5mol/L

步驟(1)所述的干燥方式為噴霧干燥、烘箱干燥、冷凍干燥、紅外干燥、微波干燥中的任意一種。

步驟(2)所述的燒結制度為：以1～10℃/min的升溫速率，從室溫升至500～800℃，保溫1～5h。

利用本發明制備的LiFePO₄/C納米復合正極材料，粒徑在50nm左右，0.1C下首次放電比容量為164mAh·g^-1。