[發明專利]碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料的制備方法及以該材料為正極材料的鋰離子電池

無效

• 申請號: 201310029507.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103078115A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王殿龍;劉鐵峰;湯慎之;尤萬龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及磷酸鐵鋰材料的制備方法及以該材料為正極材料的鋰離子電池。

背景技術

磷酸鐵鋰電池具有原材料來源廣泛，安全性好，循環壽命長，環境友好等優點，是驅動電動汽車的理想電源體系。但目前的磷酸鐵鋰電池在大倍率充放電性能方面，還難以滿足純電動車和插電式混合電動車對電池快速充電的要求；而且其批量生產的一致性差，導致以其為正極材料的單個鋰離子電池容量不均一，使得電池組管理困難，造成部分單個鋰離子電池過充電或過放電等問題，帶來安全隱患，以上兩點制約了電動汽車產業的發展。

發明內容

本發明是要解決現有磷酸鐵鋰材料導電性差，其批量生產一致性差，并且以其為正極材料的鋰離子電池大倍率充放電時性能差的問題，而提供碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料的制備方法及以該材料為正極材料的鋰離子電池。

碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料的制備方法，按照以下步驟制備：

一、按照Fe、P和Li的物質的量之比為1：1：0.9～1.1稱取三價鐵鹽、磷源化合物和鋰源化合物，按照有機小分子碳源與三價鐵鹽的質量比為1～11：20，稱取有機小分子碳源；

二、將步驟一稱取的三價鐵鹽、磷源化合物、鋰源化合物和有機小分子碳源混合均勻，得到混合物，然后向混合物中加入去離子水，攪拌2h～4h，得到分散液，其中，去離子水質量是混合物質量的5～10倍；

三、將步驟二得到的分散液在溫度為50℃～100℃條件下，攪拌6h～7h，控制攪拌速度為200r/min～220r/min，得到流變體復合物，然后將流變體復合物在溫度為80℃～90℃條件下干燥至恒重，制得復合前驅體；

四、將步驟三得到的復合前驅體研磨成粉末，然后將粉末在保護氣氛爐中預分解得中間產物，控制預分解溫度為200℃～300℃，預分解時間為1h～4h；

五、將步驟四得到的中間產物放入球磨罐中在轉速為300r/min～3000r/min，溫度為50℃～200℃條件下，保持0.5h～10h，再冷卻至室溫，得到二級中間產物，其中球料比為100～10：1；

六、將步驟五得到的二級中間產物，在保護氣氛爐中煅燒，然后冷卻至室溫得到煅燒產物，其中，煅燒溫度為550℃～750℃，煅燒時間為5h～12h；

七、將步驟六得到的煅燒產物粉碎，再采用390目～400目的篩子過篩，得到的粉體即為碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料。

以碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料為正極材料的鋰離子電池由正極片、負極片、隔離膜和鋁塑復合膜組成，所述隔離膜位于正極片和負極片之間，鋁塑復合膜包裹在正極片、負極片和隔離膜的外周，其中，正極片由正極集流體和正極漿料制成，所述正極漿料按質量百分比由80%～95%的碳包覆多孔結構納米磷酸鐵鋰材料、2%～10%的導電劑和3%～10%的粘結劑聚偏氟乙烯組成，正極漿料均勻分布在正極集流體的表面，正極集流體為鋁箔，正極漿料在正極集流體表面的涂布面密度為50g/m²～200g/m²；負極片由負極集流體和負極漿料制成，負極漿料為按質量百分比由75%～96%的石墨類材料、1%～15%的高比表面積的活性炭和3%～10%的粘結劑聚偏氟乙烯組成，負極漿料均勻分布在負極集流體的表面，負極集流體為銅箔，負極漿料在負極集流體表面的涂布面密度為20～100g/m²，石墨類材料為天然石墨、人造石墨和中間相碳微球中的一種或幾種組合。

本發明的有益效果是：

本發明采用的高速球磨溶劑熱為固體粉末顆粒提供了良好的液相反應條件，固體粒子和液體溶劑接觸緊密而使其受熱均勻，熱交換良好，不容易出現局部過熱現象；同時密封在缸體中的懸濁液避免了與氧氣的接觸。與常用的其他合成方法相比，該方法具有合成溫度較低，焙燒時間短，所得材料顆粒小且分布均一的優點，使得最終燒結出的磷酸鐵鋰材料的一致性優異。

本發明采用的高速球磨熱溶劑法兼具溶膠凝膠法，碳熱還原法和球磨技術的優點，能在相對較低的溫度下和較短的時間內制備出顆粒較小一級顆粒均為為納米顆粒，保證尺寸分布均勻，且一致性好的材料。