[發明專利]一種高導電性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910190106.1
• 申請日: 2009-09-07
• 公開（公告）號: CN102013468A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 岳敏;王思敏;梁奇;賀雪琴
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高導電性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，特別是用在二次鋰離子電池中的橄欖石型磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術

隨著電池行業的迅速發展，為了解決電池的使用壽命、能量密度、自放電或者質量等諸多問題，出現了各種類型的電池。目前，由于鋰電池具有能量密度高、使用壽命長、質量輕、自放電小等優點，現已經成為了通訊設備、筆記本電腦等便攜式設備的首選電源，并且也開始應用到電動車、國防等中大型的設備中。

目前，由于磷酸鐵鋰的原料豐富、成本低、安全以及循環性能優良，使用在鋰離子電池的正極材料大部分為磷酸鐵鋰材料，為了盡快的實現磷酸鐵鋰的實用化，發揮磷酸鐵鋰的潛在性能，已經對磷酸鐵鋰正極材料的制備方法進行了大量的實驗和研究。目前，磷酸鐵鋰正極材料的制備方法主要有高溫固相法、液相反應法、溶膠凝膠法及機械球磨法等。

高溫固相法是將鋰源化合物、鐵源化合物及磷源化合物在惰性氣氛保護下焙燒合成磷酸鐵鋰；高溫固相法的優點是工藝簡單、易實現工業化，但反應物通常混合不均勻，產物顆粒、晶粒易長大，純度不高，一次粒子過大造成鋰離子遷移路徑過長，鋰離子導電性能差，因此，電化學性能不好。采用溶膠凝膠法可以制得顆粒均勻的磷酸鐵鋰納米材料，但為得到納米材料和保證材料的純度，需要模板劑或惰性環境，工藝過程控制比較嚴格，工藝復雜，不易實現工業化生產。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種采用水熱合成法制備高導電性磷酸鐵鋰正極材料的方法，利用本發明的方法，能夠獲得粒度均勻、細小、表面包覆均勻薄層的碳、導電性能好、電化學性能好的磷酸鐵鋰正極材料。

為達到上述目的，一種高導電性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其步驟為：

1)將鋰源化合物、鐵源化合物及磷源化合物按摩爾比1.5-4∶1.1-1.5∶1.1-1.5的比例在去離子水中混合；

2)添加有機碳源和摻雜物并混合均勻，摻雜物的含量為0.01-10％；

3)將混合均勻的混合物置于溫度為80-350℃、壓強為1-16.5MPa、攪拌速度為50-500r/min的密閉反應器中反應0.1-9h；

4)將反應后的物質干燥；

5)在還原性保護氣氛下燒結，以1-20℃/min速率升溫，在溫度560-740℃恒溫燒結1.1-9h；

6)以2-9℃/min降溫，制備得到磷酸鐵鋰材料。

作為具體化，所述的鋰源化合物為氧化鋰、氫氧化鋰、磷酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、磷酸二氫鋰、甲酸鋰、醋酸鋰的一種或幾種混合物。

作為具體化，所述的鐵源化合物為鐵、磷酸鐵、硫酸亞鐵、三氧化二鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸亞鐵、磷酸亞鐵、磷酸亞鐵銨、檸檬酸亞鐵、氯化亞鐵中的一種或幾種混合物。

作為具體化，所述的磷源化合物為五氧化二磷、磷酸、磷酸二氫銨、磷酸二氫鋰、磷酸氫二銨、磷酸亞鐵銨、磷酸氫銨鹽中的一種或幾種混合物。

作為具體化，所述的有機碳源為蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、聚乙烯醇或淀粉中的一種或幾種混合物。

作為具體化，所述的摻雜物為錳、鈷、釩、鎳、鋁、鎂、鈣、鋅單質或化合物中的一種或幾種混合物。

作為具體化，所述的還原性保護氣氛為氮氣、氬氣、氫氣、一氧化碳或者他們的混合氣體混合物。

上述技術方案，由于采用水熱合成法來制備磷酸鐵鋰正極材料，因此，能夠對元素組成及粒度均勻度實行很好的控制，保證最終的磷酸鐵鋰正極材料粒度均勻、細小；由于鋰源化合物、鋰源化合物、磷源化合物及摻雜元素或化合物是在去離子水中溶解混合，因此，制備得到的磷酸鐵鋰正極材料可實現分子水平的摻雜；由于添加了溶解狀態的有機碳源，因此，能得到材料表面包覆均勻薄層的碳，提高了導電的性能，電化學性能穩定。

附圖說明

圖1為磷酸鐵鋰產物的XRD譜圖；

圖2a、b、c為磷酸鐵鋰材料的SEM圖；

圖3為磷酸鐵鋰產物的充放電曲線；

圖4為磷酸鐵鋰的循環性能。

具體實施例

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步詳細的說明。

第一實施例