[發(fā)明專利]一步法微波燒結(jié)制備鋰離子電池正極材料的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010128729.9
• 申請日: 2010-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN101794881A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉新保;賈曉林;汪靜;周永剛;蔡俊明;李恩惠
• 申請（專利權(quán)）人: 河南聯(lián)合新能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/1397
• 分類號(hào): H01M4/1397;C01B25/45
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 張愛軍

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極活性物質(zhì)的制備方法，特別是涉及一種一步法微波燒結(jié)鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的制備方法。

二、背景技術(shù)：

磷酸鐵鋰鋰離子電池是用磷酸鐵鋰(LiFePO₄，簡稱LFP)材料作電池正極的鋰離子電池，是鋰離子電池家族的新成員。磷酸鐵鋰電池的主要優(yōu)勢有：首先是使用安全，磷酸根化學(xué)鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵強(qiáng)，所以結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且不易釋放氧氣，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩(wěn)定性可達(dá)400-500℃，保證了電池內(nèi)在的高安全性；不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒；其次，該電池壽命超長，循環(huán)使用次數(shù)高，在室溫下1C充放電循環(huán)達(dá)2000次，容量保持率80％以上，是目前鋰離子電池的2倍以上，同時(shí)該電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒(SGS認(rèn)證通過)、無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池。

由于磷酸鐵鋰先天性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性，特別是在安全性和循環(huán)性能方面具有無可比擬的優(yōu)勢，所以采用磷酸鐵鋰正極材料的電池主要應(yīng)用于大型電動(dòng)車輛(如火車、公交車、叉車、景點(diǎn)游覽車、混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車等)、軍事和航天領(lǐng)域(輪船、潛艇、裝甲車、火箭、太空車等)。但由于LiFePO₄本身晶體結(jié)構(gòu)的限制，離子電導(dǎo)率低，高倍率充放電性能差，達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求。已有研究表明，在LiFePO₄中添加或包覆具有導(dǎo)電性的碳，能夠有效提高其電導(dǎo)率。

目前制備LiFePO₄材料的方法有：固相合成法、溶膠-凝膠法、氧化還原法、微波合成法和水熱法等。人們對LiFePO₄的固相法合成研究的比較多，但固相法合成時(shí)間長，熱能利用率低，顆粒不均勻而且易出現(xiàn)Fe的雜質(zhì)相。對LiFePO₄/C微波合成研究較少，并且使用的是家用微波爐，產(chǎn)量小，反應(yīng)條件不易控制，難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。而溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是：前驅(qū)體溶液化學(xué)均勻性好(可達(dá)分子級(jí)水平)，凝膠熱處理溫度低，粉體處理性能好，反應(yīng)過程易于控制，設(shè)備簡單，但是干燥收縮大、工業(yè)化生產(chǎn)難度較大，合成周期較長。

ZL200610125124.8、公開號(hào)為CN1964106的專利提出了以FePO₄制備磷酸鐵鋰的方法，包括將含鋰化合物、FePO₄和固態(tài)聚乙二醇按一定的摩爾比和添加劑混合，加水調(diào)成流變態(tài)，然后在惰性氣體下進(jìn)行熱處理制備磷酸鐵鋰。該方法工藝簡單，但從反應(yīng)過程來說，本質(zhì)上仍然屬于固相法，表現(xiàn)為合成時(shí)間長、熱能利用率低、顆粒不均勻而且易出現(xiàn)Fe雜質(zhì)相等缺點(diǎn)。

三、發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰成本高、性能差的缺點(diǎn)，提供一種反應(yīng)時(shí)間短、工藝簡單、能耗低、成本低廉、可廣泛用于工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的制備方法，其步驟包括：

(1)將鋰源化合物、鐵源化合物和磷酸按Li∶Fe∶P的摩爾比為1∶0.8～1.2∶0.8～1.2的比例分別計(jì)量，在鋰源化合物、鐵源化合物中加入碳源化合物，其加入量為制備的正極材料LiFePO₄/C重量的4～40％，然后混合攪拌均勻，得到混合物；

(2)將所述磷酸加入上述混合物中，攪拌均勻，得到膏狀前驅(qū)體；

(3)將所述膏狀前驅(qū)體置于非金屬器皿中，放入工業(yè)微波爐中經(jīng)微波熱處理，制備出LiFePO₄/C。

一種鋰離子電池正極材料金屬摻雜LiFePO₄/C的制備方法，其特征是：

(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷酸和摻雜金屬鹽按Li∶Fe∶P∶金屬離子的摩爾比為1∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.02～0.08的比例分別計(jì)量，在鋰源化合物、鐵源化合物中加入碳源化合物，其加入量為制備的正極材料LiFePO₄/C重量的4～40％，然后混合攪拌均勻，得到混合物；

(2)將所述磷酸和摻雜金屬鹽混合，攪拌均勻，得到含金屬離子的磷酸溶液；再和步驟(1)的混合物混合，攪拌均勻，得到膏狀前驅(qū)體；

(3)將所述膏狀前驅(qū)體置于非金屬器皿中，放入工業(yè)微波爐中經(jīng)微波熱處理，制備出金屬摻雜的LiFePO₄/C。