[發(fā)明專利]一種鋁的自偏析包覆鋰離子電池正極材料LiFePO4 的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110404872.0
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN102437335A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏定國;尚懷芳;孫少瑞;劉淑珍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池納米正極材料的一種新的包覆方法，屬于鋰離子電池正極材料。

背景技術(shù)

目前鋰離子電池受到越來越多的關(guān)注他被認(rèn)為是將來電動(dòng)車輛的下一代能源。在應(yīng)用于電動(dòng)車輛不同的鋰離子電池中，橄欖石LiFePO₄比起傳統(tǒng)的正極材料LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂O₄，因?yàn)榫哂懈叩睦碚撊萘?170mAhg^-1)、環(huán)保、低價(jià)、特別是充放電時(shí)熱穩(wěn)定性好以及強(qiáng)的抗過充電等優(yōu)點(diǎn)成為最有潛力的正極材料之一。

在LiFePO₄晶體中，由于1個(gè)P原子和2個(gè)Fe原于共用1個(gè)O原子，這就減弱了Fe-O鍵的強(qiáng)度，降低了Fe³⁺V?Fe²⁺氧化還原電對(duì)的費(fèi)米能級(jí)，提高了開路電壓使晶體結(jié)構(gòu)更加趨于穩(wěn)定^[8]然而，由于低的電子傳導(dǎo)(σ_e＝10^-8S?cm^-1)和離子傳導(dǎo)(D_Li⁺＝10^-14cm²?s^-1at?room?temperature)導(dǎo)致磷酸鐵鋰的實(shí)際容量較低限制了它在鋰離子電池中的應(yīng)用。

因此，改善電子導(dǎo)電率以及離子擴(kuò)散速度成為研究LiFePO₄的主要方面，目前，主要的改善措施集中在利用導(dǎo)電率高的物質(zhì)直接包覆LiFePO₄來提高材料的導(dǎo)電率從而改善其電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種新的包覆正極材料LiFePO₄粒徑的制備方法，利用Al具有較高的表面能在反應(yīng)中能夠發(fā)生自偏析現(xiàn)像，從而可以在材料表層形成均勻的包覆層，一步制備出了鋁包覆的納米磷酸鐵鋰。該方法采用水熱合成法無需高溫?zé)Y(jié)，原材料來源廣泛，操作簡單，易于控制，能耗低、周期短、環(huán)境無污染，制備的產(chǎn)物形貌規(guī)則，具有均勻的包覆層，具有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明鋁的自偏析包覆鋰離子電池正極材料LiFePO₄的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)按照物質(zhì)量比1∶1∶1.01稱取氫氧化鋰、磷酸氫二銨、硝酸鋁，將三者加入蒸餾水中攪拌溶解，前兩者物質(zhì)量濃度均為0.1mol/L；

(2)按照物質(zhì)量比為1∶16～17稱取硫酸亞鐵、檸檬酸，將二者加入蒸餾水中攪拌溶解，使硫酸亞鐵的濃度為0.1mol/L，檸檬酸的濃度為1.6～1.7mol/L；

(3)將上述兩種溶液按照氫氧化鋰與硫酸亞鐵摩爾比1∶1混合后分別加入到聚乙二醇600中，聚乙二醇600與混合溶液中水的體積比為11∶1，超聲震蕩0.5h，同時(shí)向溶液中通入N₂以驅(qū)除O₂；

(4)將混合溶液倒入三氧化二鋁反應(yīng)釜中在280℃反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后待反應(yīng)體系冷卻后過濾洗滌，80℃烘干，得到鋁自偏析包覆的鋰離子電池正極材料LiFePO₄。

本發(fā)明的有益之處在于：

通過用水熱法一步合成鋁自偏析包覆的納米粒徑LiFePO₄，大大提高了循環(huán)穩(wěn)定性，更重要的是該方法工藝簡單，只需將原材料溶解混合后低溫?zé)崽幚砑纯桑瑹o需高溫?zé)Y(jié)。該操作無毒無害，成本低廉且環(huán)境友好，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為不同比例的摻雜量合成的鋁自偏析包覆的鋰離子電池正極材料LiFePO₄的XRD圖；

圖2實(shí)施例中鋁自偏析包覆的鋰離子電池正極材料LiFePO₄的TEM圖；

圖3為不同比例的摻雜量合成的鋁自偏析包覆的鋰離子電池正極材料LiFePO₄的電化學(xué)性能圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實(shí)施例：

1、按照物質(zhì)量比為1∶1∶1.01稱取氫氧化鋰、磷酸氫二銨、硝酸鋁將三者加入到aml蒸餾水中攪拌溶解，前兩者物質(zhì)量濃度均為0.1mol/L；

2、按照物質(zhì)量比為1∶16.7稱取硫酸亞鐵、檸檬酸將二者加入到aml蒸餾水?dāng)嚢枞芙狻Ａ蛩醽嗚F的濃度為0.1mol/L，檸檬酸的濃度為1.67mol/L；