[發(fā)明專利]一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極及其制備方法

無效

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• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103151493A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 吳鋒;譚國強;陳人杰;陳楠;李麗;陳實
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;郭德忠

技術領域

本發(fā)明涉及一種包覆磷酸鋰（Li₃PO₄）的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）電極及其制備方法，屬于鋰二次電池電極材料技術領域。

背景技術

隨著社會的進步發(fā)展，能源和環(huán)境的問題日益突出，清潔能源的使用受到廣泛關注。1990年Sony公司成功開發(fā)出鋰二次電池并投放市場，可重復使用的綠色環(huán)保的鋰二次電池逐漸進入人們的視野，成為人們關注的焦點。如今鋰二次電池已經廣泛應用于便攜式電子儲能設備，如數碼相機、筆記本電腦等中。同時，鋰二次電池也用于混合動力汽車和純電動汽車的驅動中。磷酸鐵鋰早在1997年就作為正極材料應用到鋰二次電池中，具有比容量高、循環(huán)壽命長、熱穩(wěn)定性好、資源豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點，成為電極材料的典型代表。磷酸鐵鋰的理論容量達170mAh/g，對Li⁺/Li電位為3.43V，理論能量密度達580Wh/kg，是一種極具應用潛力的鋰二次電池正極材料。然而，由于磷酸鐵鋰低的電子電導率（10^-9～10^-10S/cm）和鋰離子擴散系數（1.8×10^-14cm²/s）導致其大倍率充放電時，比容量迅速下降，功率特性也不能滿足電動汽車的動力，限制了磷酸鐵鋰在混合動力汽車和純電動汽車中的應用。為了克服上述缺陷，目前常用的改進方法是通過在磷酸鐵鋰粒子表面包覆納米級導電材料來提高磷酸鐵鋰顆粒間的電導率，包覆的導電材料包括導電碳材料、導電聚合物（如PPy、PPy/PEG、PAS、PANI、PEDOT等）和導電氧化物（TiO₂、Al₂O₃、MgO₂、CeO₂、RuO₂等），所采用的包覆方法復雜，成本較高。

發(fā)明內容

針對磷酸鐵鋰電子電導率低，現(xiàn)有改進電導率的方法復雜，成本較高的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極，所述磷酸鐵鋰電極表面包覆一層納米級玻璃態(tài)的磷酸鋰，可提高磷酸鐵鋰電極的電子電導率。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極的制備方法，所述方法為采用磁控濺射法在磷酸鐵鋰電極表面包覆一層納米級玻璃態(tài)的磷酸鋰，制備成可用于鋰二次電池的復合正極極片，所述方法簡單、成本低廉且易于實現(xiàn)大規(guī)模化生產。

本發(fā)明的目的主要通過下述技術手段實現(xiàn)。

一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極，所述磷酸鐵鋰電極表面包覆有納米級玻璃態(tài)的磷酸鋰。

一種本發(fā)明所述的包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極的制備方法，所述方法步驟如下：

（1）制備磷酸鋰靶材

將磷酸鋰粉末與有機溶劑混合，球磨成漿狀物，將漿狀物干燥得到粉末，將粉末壓制成磷酸鋰靶材前軀體，然后煅燒得到磷酸鋰靶材；

其中，所述有機溶劑為無水乙醇、乙腈或丙酮中的一種或一種以上的混合物；

優(yōu)選在流星球磨機中以400rpm的轉速球磨5h；

優(yōu)選將漿狀物在70℃下干燥48h；更優(yōu)選將漿狀物在70℃下于真空干燥箱中干燥48h；

煅燒可在箱式爐、管式爐或電爐中于600～800℃煅燒4～8h，無需保護性氣體。

磷酸鋰靶材前軀體的壓制可采用磁控濺射制備靶材的常規(guī)方法，如常壓燒結法、冷壓法、真空熱壓法等。

（2）制備包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極

以磷酸鐵鋰電極作為基片，與磷酸鋰靶材進行磁控濺射得到一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極；其中，靶材與基片的距離為4～8cm，本底壓強≤1.0×10^-5Pa；

所述磷酸鐵鋰電極為鋰離子二次電池常規(guī)使用的磷酸鐵鋰電極，磷酸鐵鋰電極中磷酸鐵鋰的涂布厚度優(yōu)選為10～30μm；

所述磷酸鋰包覆層的厚度可通過控制濺射時間來確定；

優(yōu)選磁控濺射的功率為40～160W；工作壓強為0.5～10Pa；濺射的時間為5～30min；

所述磁控濺射可采用直流磁控濺射法或射頻磁控濺射法進行。

一種鋰二次電池，所述電池的正極為本發(fā)明所述的包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極。

有益效果