[發明專利]一種鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201210521524.6
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103066279A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 姜波
• 申請（專利權）人: 上海錦眾信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;C01B25/45
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池電極材料的制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法。?

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的化學電源，因其輸出電壓高、比能量高、循環壽命長、自放電小、安全、無記憶效應和環境友好已成為當前世界各國在新能源材料領域發展的重點。其中正極材料是鋰離子電池的關鍵。目前主要的正極材料有：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰等。?

但是，隨著技術的發展，一些電子器件對于鋰離子電池的體積容量密度和重量容量密度提出了更高的要求，因此迫切發展比容量更高的電極材料，因為鋰離子電池的容量主要受制于電極材料的比容量。由于LiFePO₄具有價格低廉、安全性能和熱穩定性能好、無污染和質量比能量高等優點，成為最有潛力的鋰離子正極材料之一。?

目前，國內外對此已進行了廣泛地研究，但大多集中在高溫固相合成上，用該方法很難得到純度高、粒徑均勻、電性能良好的LiFePO₄，由于LiFePO₄本身電導率較低，大倍率充放電性能差，限制了其商業化進程，因此人們嘗試用新的合成方法及改性途徑，希望得到理想的LiFePO₄材料。?

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，使用該方法制備的正極復合材料的鋰離子電池，具有較高的比容量以及循環穩定性。?

為了實現上述目的，本發明提供的一種鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，包括如下步驟：?

步驟1，制備磷酸鐵鋰前驅體溶液

將磷酸二氫銨、氯化鐵和醋酸鋰按照P∶Fe∶Li摩爾比為1∶(0.7~1.5)∶(0.5~1.3)比例配制成1-2mol/L的前驅體溶液；

步驟2，制備鉻摻雜前驅體?

將硝酸鋅、硫酸錳、硝酸釓、氟化鉻、聚乙二醇、氫氧化鉀相互混合，冰水浴中充分攪拌，保持pH值為9-13之間，形成摻鉻的氫氧化物沉淀溶液，其中Zn∶Mn∶Ga∶Cr的摩爾比為1∶(0.05-0.07)∶(0.03-0.05)∶(0.05-0.1)，聚乙二醇的摩爾數為Zn的摩爾數的2-4倍；

步驟3，制備鉻摻雜磷酸鐵鋰納米粉體?

將上述摻雜鉻的氫氧化物沉淀溶液緩慢滴加至上述磷酸鐵鋰前驅體溶液內，其中滴加的氫氧化物沉淀中的Zn和磷酸根的摩爾比為0.05-0.2，攪拌下通入保護氣體，形成墨綠色的固液混合物；

將固液混合物在初壓為10-15MPa、150-300℃條件下水熱反應10-15h，得到鉻摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。

其中，所述保護氣體可以是氮氣和/或氬氣，優選為氬氣。?

其中，步驟1中，磷酸二氫銨、氯化鐵和醋酸鋰按照P∶Fe∶Li摩爾比為1∶1∶1配制前驅體溶液。?

本發明還提供了一種上述方法制備的鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料。?

本發明制備的鋰離子電池用摻鉻磷酸鐵鋰復合材料，采用濕法制備，將鉻、鋅、釓、錳等元素均勻的摻雜在磷酸鐵鋰中使其改性，使得該摻鉻磷酸鐵鋰復合材料在用于鋰離子電池時，具有較高的能量密度和循環穩定性，使得鋰離子電池具有高的比容量以及使用壽命。?

具體實施方式

實施例一

制備磷酸鐵鋰前驅體溶液

將磷酸二氫銨、氯化鐵和醋酸鋰按照P∶Fe∶Li摩爾比為1∶1∶1比例配制成1mol/L的前驅體溶液。

制備鉻摻雜前驅體

將硝酸鋅、硫酸錳、硝酸釓、氟化鉻、聚乙二醇、氫氧化鉀相互混合，冰水浴中充分攪拌，保持pH值為9-13之間，形成摻鉻的氫氧化物沉淀溶液，其中Zn∶Mn∶Ga∶Cr的摩爾比為1∶0.05∶0.03∶0.05，聚乙二醇的摩爾數為Zn的摩爾數的2-4倍。

制備鉻摻雜磷酸鐵鋰納米粉體

將上述摻雜鉻的氫氧化物沉淀溶液緩慢滴加至上述磷酸鐵鋰前驅體溶液內，其中滴加的氫氧化物沉淀中的Zn和磷酸根的摩爾比為0.05，充分攪拌，形成固液混合物，一邊向混合物體系通保護氣體，一邊劇烈攪拌，形成墨綠色的固液混合物，將固液混合物移入水熱反應釜中，將釜體內用高純氬氣吹10min后加10MPa的初壓，然后在150℃下反應10h，自然冷卻后取出，然后經離心洗滌后干燥即得到鉻摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。?

實施例二

制備磷酸鐵鋰前驅體溶液