[發明專利]鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的兩步碳熱還原制備方法

無效

• 申請號: 201110152672.0
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102244245A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 胡業旻;陳慧明;楊軼博;朱明原;姚俊;齊金和;李瑛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

????本發明涉及一種鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的制備方法，屬于電化學儲能材料技術領域。

背景技術

電池作為一種化學能源直接被應用到各種裝置中，在各個領域都具有舉足輕重的作用。近幾年電子信息產業飛速發展，以及對清潔交通能源的渴望，人們越來越重視二次電池的發展。鋰電池以其比能量大、自放電率小、循環壽命長、無記憶性等多方面優勢在各方面超越了鉛酸、鎳鎘以及鎳氫電池。1997年，A.K.?Padhi等人發現LiFePO₄能用作鋰離子電池的正極材料后，各界學者對橄欖石型LiFePO₄進行了廣泛的研究。LiFePO₄具有原料來源廣泛、高容量、成本低、對環境友好、熱穩定性和循環穩定性好等諸多優點，有很大希望成為新一代二次鋰離子動力電池正極材料。但LiFePO₄具有電導率差的缺點，人們通過對其進行碳包覆生成LiFePO₄/C復合材料來增加其電導率。

目前，工業生產中LiFePO₄/C的合成方法主要是通過固相合成法，通常的固相合成法合成工藝簡單，并且工藝較成熟，但是此方法使用二價鐵源作為反應物，由于二價鐵價格較高并且產物純度不易控制，從而使成本增加，另外需要對生成的LiFePO₄進行二次熱處理才能實現碳包覆過程，增加工序，限制了其在鋰離子電池中的使用。碳熱還原方法合成工藝簡單，而且可以在合成的同時進行原位碳包覆，無需再次熱處理；并且碳熱還原方法使用三價鐵源作為原料，降低成本。但是碳熱還原反應需要將原料在高溫下進行長時間保溫，至使材料顆粒增大，粒徑不容易控制，影響LiFePO₄/C材料的性能，并且造成能源的浪費。

發明內容

本發明的目的是為了解決碳熱還原反應生成LiFePO4/C時需要長時間保溫，致使材料粒徑增大、浪費能源的問題，提供了一種用于鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種用于鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的制備方法，其具體實施步驟如下：

1)????????第一步燒結

混合磷源與鐵源，經球磨后，在惰性氣體保護下煅燒，得到反應前驅物。

2)????????第二步燒結

將1)中制備的前驅物與碳源和鋰源混合后再次球磨，在氮氣保護下煅燒，最終得到LiFePO₄/C材料。

所述的磷源為磷酸、磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨及其他磷酸鹽，所述的鐵源為三氧化二鐵或其他三價鐵化合物，所述的鋰源為氫氧化鋰或一水合氫氧化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰及其他鋰鹽，所述的碳源為蔗糖、焦炭、葡萄糖或檸檬酸等含碳物質，所述的惰性氣體可以為氮氣、氬氣、或氮氣與氬氣的混合氣。

步驟1)中煅燒溫度為300~600℃，保溫3~6小時。磷源中磷酸根與鐵源中鐵元素的摩爾比為0.6~1.2:1。碳源加入量的計算方法為碳源中所含碳元素的質量是理論生成LiFePO₄質量的3~15wt%，或碳源完全分解后理論生成的碳質量為理論生成LiFePO₄質量的3~15wt%；鋰源加入量的計算方法為鋰源中鋰為磷源中磷酸根摩爾數的1~1.5倍。步驟2)中，煅燒溫度為600~800℃，煅燒時間為3~6小時。

附圖說明

圖1：實施例1中前驅物A的X射線衍射圖譜

圖2：實施例1中制備的LiFePO₄/C的X射線衍射圖譜

圖3：實施例1中制備的LiFePO₄/C的掃描電子顯微鏡圖譜

圖4：實施例1中制備的LiFePO₄/C的透射電子顯微鏡圖譜

圖5：實施例1中制備的LiFePO₄/C的充放電性能圖譜。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1