[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料碳包覆磷酸亞鐵鋰的合成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010505333.1
• 申請日: 2010-10-13
• 公開（公告）號: CN101969118A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭正合;黃陽輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源和鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳包覆磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄@C_x)的合成方法。

背景技術(shù)

磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄)為橄欖石結(jié)構(gòu)，具有原料豐富、成本低、無毒無污染、質(zhì)量比容量較高(理論容量為170mAh/g)、放電平臺較高(3.4V)、充放電中循環(huán)性和溫度性良好等突出優(yōu)點(diǎn)，是業(yè)界動力型鋰離子電池的首選正極材料。若用磷酸亞鐵鋰代替鈷酸鋰作為鋰電池的正極材料還能使電池的成本降低10％～50％。

但是LiFePO₄本征導(dǎo)電的電導(dǎo)率低，鋰離子在其橄欖石結(jié)構(gòu)一維通道中的遷移率不高、跨越通道很難，當(dāng)放電電流密度較大時(shí)，比容量顯著下降，限制了其在大功率電池領(lǐng)域的應(yīng)用。

近年來，改善提高LiFePO₄導(dǎo)電性的途徑主要有：(1)減小LiFePO₄的粒徑并使粒徑均勻分布；(2)利用碳、電子良導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物等導(dǎo)電性良好的物質(zhì)對LiFePO₄粒子進(jìn)行包覆；(3)通過低溫合成方法對LiFePO₄粒子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行剪裁；(4)有選擇性地?fù)诫s高價(jià)離子來提高LiFePO₄的本征導(dǎo)電性。從上述幾種途徑中不難看出，人們對改善LiFePO₄導(dǎo)電性的研究主要集中在碳包覆和金屬離子摻雜兩個(gè)方面。

目前，碳包覆磷酸亞鐵鋰的工業(yè)制備主要采用的是高溫固相反應(yīng)法，但固相反應(yīng)基本上是固/固界面反應(yīng)，反應(yīng)界較小導(dǎo)致反應(yīng)周期較長，且需多次焙燒，所得產(chǎn)品粒徑較粗大且分布不均勻，批次一致性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種鋰離子電池正極材料碳包覆磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄@C_x)的合成方法。本發(fā)明方法反應(yīng)周期較短，可一步焙燒到位，所得產(chǎn)品粒徑細(xì)小且分布均勻，批次一致性好，可用于動力型鋰離子電池的正極材料。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種鋰離子電池正極材料碳包覆磷酸亞鐵鋰的合成方法，包括以下步驟：

1)取等摩爾磷酸鐵FePO₄·2H₂O和鋰源混勻磨細(xì)，再按碳與鐵的摩爾比為0.27∶1～1∶1加入適量含碳化合物，研磨并用溶劑調(diào)和、制備成前驅(qū)體；

2)將步驟1)所得前驅(qū)體置于管式爐中，在動態(tài)惰氣氛中于400～700℃下焙燒4～12h，自然冷至室溫，取出所得固體研磨，得到黑色粉末狀產(chǎn)物碳包覆磷酸亞鐵鋰LiFePO₄@C_x。

上述磷酸鐵FePO₄·2H₂O是采用自制的超微細(xì)磷酸鐵，所述超微細(xì)磷酸鐵的鐵含量為30.2～31.3％，磷含量為16.8～18.2％，粒徑為60～200nm，中位徑D₅₀為1～3μm。

上述步驟1)所得前驅(qū)體，為糊狀、粉狀或片狀。

作為優(yōu)選：

1)鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰中的單一物或其兩個(gè)以上的組合物；

2)含碳化合物為硬脂酸、淀粉、檸檬酸、蔗糖、葡萄糖中單一物或其兩個(gè)以上的組合物；

3)溶劑為水、乙醇或乙醇的水溶液；

4)惰性氣體為氮?dú)狻鍤狻⒑庵械膯我晃锘蚱鋬蓚€(gè)以上的組合物。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明所述的碳包覆磷酸亞鐵鋰的合成方法無需特殊設(shè)備，合成周期短，只需一步焙燒，成本低；

2、本發(fā)明所合成的碳包覆磷酸亞鐵鋰不含三價(jià)鐵雜質(zhì)，粒度細(xì)小且分布均勻，粒徑范圍為80～220nm，批次一致性好；

3、本發(fā)明所合成的碳包覆磷酸亞鐵鋰具有優(yōu)異的高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，可用于動力型鋰離子電池的正極材料。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1所合成的碳包覆磷酸亞鐵鋰的X射線衍射(XRD)圖譜；

圖2是實(shí)施例1所合成碳包覆磷酸亞鐵鋰的掃描電鏡(SEM)照片；

圖3是實(shí)施例2所合成碳包覆磷酸亞鐵鋰的掃描電鏡(SEM)照片；

圖4是實(shí)施例1所合成碳包覆磷酸亞鐵鋰在1C下的循環(huán)穩(wěn)定性曲線；

圖5是實(shí)施例1所合成碳包覆磷酸亞鐵鋰在不同倍率下的特征充放電曲線。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1：