[發明專利]一種磷酸鐵鋰原位碳包覆方法

在審

• 申請號: 201210156639.X
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN103427072A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 陳元峻;張五星;徐輝宇;馮煒;黃云輝;彭蘊龍;李斌
• 申請（專利權）人: 上海寶鋼磁業有限公司;華中科技大學
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/62
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池正極材料技術領域，具體涉及一種對磷酸鐵鋰顆粒進行均勻碳包覆的方法。

背景技術

在全球能源和環境危機的背景下，電動汽車用鋰離子二次電池正成為一個熱門而緊迫的課題。LiFePO₄作為一種新型的鋰離子電池正極材料，具有電壓穩定、循環性能好、安全性好、環境友好、成本低等優勢，在動力電池領域具有廣闊的應用前景。但由于其結構固有的限制，LiFePO₄的導電性能差嚴重限制了其電化學性能，影響其商業化應用。因此，如何提高LiFePO₄的導電性成為研究的熱點。Armand等人發現可以通過在LiFePO₄顆粒表面包覆一層導電碳層，可大幅提高其電導率，從而改善材料的電化學性能。

目前應用最廣泛的一種碳包覆法是在材料合成時添加有機或無機碳源，混料后進行高溫焙燒，得到LiFePO₄/C材料。該方法需要用到球磨機等昂貴的混料設備，可能會有混合不均勻等問題，最終導致碳包覆不均勻。因此，尋找一種成本低廉、操作簡單、同時具有均勻包覆效果的碳包覆方法很有必要性。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種對磷酸鐵鋰顆粒進行碳包覆的方法，旨在解決磷酸鐵鋰材料碳包覆不均勻、導電性差等缺點。

本發明采取的技術方案如下：

一種磷酸鐵鋰原位碳包覆方法，包括以下步驟：

（1）制備碳源材料懸濁液：將有機碳源溶解在溶劑A中，形成有機碳源溶液，然后向上述有機碳源溶液中加入磷酸鐵鋰顆粒，攪拌均勻形成碳源材料懸濁液；

（2）磷酸鐵鋰表面原位碳包覆：將上述碳源材料懸濁液倒入一所述碳源溶解度很低的溶劑B中，則碳源材料在磷酸鐵鋰顆粒表面均勻析出，過濾，烘干，得到碳源材料包覆的磷酸鐵鋰顆粒；

（3）磷酸鐵鋰材料熱處理：將碳源材料包覆的磷酸鐵鋰顆粒在氮氣或惰性氣體保護，350℃-850℃下，保溫1-10h，使碳源材料充分碳化，得到均勻碳包覆的磷酸鐵鋰材料。

步驟（1）中所述有機碳源溶液的濃度為1wt%-20wt%。

步驟（1）中所述有機碳源中的所含的碳與所加入的磷酸鐵鋰的質量比為0.5%-15%。

步驟（2）中所述碳源溶解度很低的溶劑是指碳源材料在其中溶解度≤10g的任意一種溶劑。

因此，具體方案有：

步驟（1）中所述有機碳源為聚乙烯醇（PVA），溶劑A為水，步驟（2）中溶劑B為甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正丁醇或甲苯中的任意一種；

或者，步驟（1）中所述有機碳源為聚乙烯醇縮丁醛（PVB），溶劑A為甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正丁醇或甲苯中的任意一種，步驟（2）中的溶劑B為水。

另外，上述方案的步驟（1）中還可以在加入磷酸鐵鋰的同時加入與磷酸鐵鋰的質量比為0.5%-8%的無機碳顆粒，包括乙炔黑、導電碳黑、碳納米管和石墨烯。

步驟（3）中優選保溫溫度為600℃，時間為5h。

本發明的原理是：先將碳源材料溶解在溶解度較高的溶劑A中，然后將其與碳源材料溶解度低的溶劑B混合，如果該過程中有磷酸鐵鋰顆粒參與，則碳源會在磷酸鐵鋰表面均勻析出。

本發明提供的碳包覆方法的優點在于：碳源在磷酸鐵鋰顆粒表面原位析出，碳包覆均勻；該碳包覆工藝不需要復雜和昂貴的球磨混料設備；工藝過程簡單，有利于商業化。

附圖說明

圖1是實施例1所制得的聚乙烯醇包覆的磷酸鐵鋰粉末的SEM照片。

圖2是實施例1所制得的碳包覆的磷酸鐵鋰的SEM照片。

圖3是實施例1所制得的碳包覆的磷酸鐵鋰及未進行碳包覆的磷酸鐵鋰的循環曲線（0.2C）。

具體實施方式

為了更加清楚的說明本發明，下面結合具體實施例作進一步說明。

實施例1：

將20g聚乙烯醇（PVA）溶于80mL去離子水中形成PVA含量為20wt%的溶液；

將72g水熱合成的磷酸鐵鋰粉末倒入上述PVA溶液中，充分攪拌后形成懸濁液，有機碳源材料所帶入的碳與磷酸鐵鋰之間的質量比是15%；

將上述溶液倒入到200mL丙酮溶劑中，攪拌并靜置1h；

將上述溶液過濾，得到的粉末在100℃下真空干燥；其SEM照片如圖1所示。

將上述粉末在600℃，氮氣氣氛下保溫5h，即得到均勻碳包覆的磷酸鐵鋰材料，其SEM照片如圖2所示。