[發明專利]納米級磷酸鐵鋰電極材料制備方法

有效

• 申請號: 201310559124.9
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103579623A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 林峰;徐浩;林楚越
• 申請（專利權）人: 上海冠旗電子新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 伍賢喆

技術領域

本發明涉及充電電池領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰制備方法。

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背景技術

具有橄欖石型結構的磷酸鐵鋰LiFePO₄能滿足理想的高安全高容量高功率鋰電池的需要。磷酸鐵鋰的發現，被譽為標志著“鋰離子電池一個新時代的到來”。磷酸鐵鋰無毒、對環境友好、原料豐富、比容量與庫侖效率高、充放電平臺平穩、循環性能好、熱穩定性高、極安全可靠，非常適合于對安全性、循環壽命、功率特性、使用成本等極為敏感的大型電池應用領域；另外磷酸鐵鋰電池使用安全，完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩定性可達400-500℃,?保證了電池內在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒。

然而，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點一直受到人們的忽視和回避，尚未得到解決，阻礙了材料的實際應用。鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為2.0-2.4g/cm3；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，本身就比鈷酸鋰要低得多。為提高導電性，現有技術中往磷酸鐵鋰電極中摻入導電材料，例如導電炭黑等，這一方式又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般摻碳磷酸鐵鋰的振實密度可能降低到1.2g/cm³。如此低的堆積密度使得磷酸鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多，制成的電池體積將十分龐大，不僅毫無優勢可言，而且很難應用于實際；即使采用處理后的磷酸鐵鋰顆粒，使顆粒球形化，因為技術上的缺陷所以球形顆粒一般平均粒徑也高達1μm～5μm，振實密度最多達到2.2?g/cm³，另外磷酸鐵鋰本身充點速度較慢，也會影響到實際應用需要摻雜金屬，最得到的電池充放電次數通常為2000次左右，克容量140mAh/g，性能較為一般，并不能完全滿足大型機械，例如電動汽車的要求。

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發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種納米級磷酸鐵鋰電極材料制備方法，該方法利用磁控濺射的方法在鋁箔基片上直接沉積磷酸鐵鋰做成電池正極，這種直接沉積出的磷酸鐵鋰為納米級顆粒，大大提高了電池的容積和壽命。

本發明是這樣實現的：一種納米級磷酸鐵鋰電極材料制備方法，包括以下步驟，以鋁箔為基片，采用磁控濺射將磷酸鐵鋰沉積到鋁箔上，磁控濺射的靶材中磷酸鐵鋰的質量占靶材總質量的85%以上，靶材余量為摻雜金屬和/或導電劑；磁控濺射前先消除鋁箔上的靜電，磁控濺射時采用直流/射頻電源，濺射電壓250～400V，磁場強度500G，工藝氣體采用氬氣，真空室氣壓5*10^-3pa，沉積時使鋁箔的溫度保持在50℃～80℃。

該制備方法還包括在磁控濺射前先對鋁箔進行清潔，清潔操作的同時使用超聲波增強清潔效果，提高鋁箔的附著性。

所述的摻雜金屬為鋁、錳、鈦、鋯、鈮、鋅、鉻、鎂中的一種或多種之間的任意比例混合。

所述的導電劑為炭黑、石墨、乙炔黑中的一種或多種之間的任意比例混合。

本發明納米級磷酸鐵鋰電極材料制備方法利用磁控濺射的方法在鋁箔基片上直接沉積磷酸鐵鋰做成電池正極，這種直接沉積出的磷酸鐵鋰為納米級顆粒，實驗表明具有特殊的優異性能，大大提高了電池的容積和壽命，能為電動汽車的普及做出突出的貢獻。

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具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明表述的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

一種納米級磷酸鐵鋰電極材料制備方法，包括以下步驟，以鋁箔為基片，采用磁控濺射將磷酸鐵鋰沉積到鋁箔上，在磁控濺射前先對鋁箔進行清潔，清潔操作的同時使用超聲波增強清潔效果，提高鋁箔的附著性，避免磷酸鐵鋰涂層的斷裂和脫落；