[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰正極材料的表面碳包覆方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410060200.6
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103794788A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊茂萍;郭鈺靜
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源股份公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)材料制備和新能源領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的表面碳包覆方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種綠色新能源技術(shù)，有非常重要和廣泛的應(yīng)用前景。磷酸鐵鋰具有原料來源豐富、價格低廉、較高的比容量以及優(yōu)良的高溫循環(huán)性能和極高的安全性能等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前景的動力電池正極材料。但是磷酸鐵鋰材料本身存在離子傳導(dǎo)率和電子傳導(dǎo)率均較低的問題，其高倍率充放電時性能較差。目前對磷酸鐵鋰材料的改性主要包括細(xì)化晶粒、體相摻雜、表面包覆等方式可有效改善磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散電導(dǎo)率。合成粒徑小的納米粒子是改善磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的有效方法，但是粒徑越小，振實密度也越小，比表面積大，會影響材料的加工性能；金屬體相摻雜還存在很多爭議，其具體的機(jī)理還需要進(jìn)一步驗證；制備磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料，在磷酸鐵鋰材料晶體顆粒之間形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是有效的改性方法。

傳統(tǒng)制備磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料的方法是在合成材料的前驅(qū)體中加入如炭黑、石墨、碳纖維、石墨烯等無機(jī)材料或如蔗糖、酚醛樹脂、瀝青等含碳有機(jī)化合物。為了獲得碳顆粒的均勻分布和包覆均勻，往往需要加入較多的碳源。在控制有限的碳含量條件下，則復(fù)合材料又會存在碳顆粒分布不均或碳包覆不完整、不均勻等問題。近年來也有研究者通過化學(xué)氣相沉積的方法合成磷酸鐵鋰/碳復(fù)合材料。Zhang等以磷酸二氫銨、氧化鐵為前驅(qū)體，乙炔為碳源氣體，采用化學(xué)氣相沉積方法合成磷酸鐵鋰/碳納米纖維復(fù)合材料(J.Mater.Sci.Technol.,2011,27(11):1001.)，所獲得的復(fù)合材料碳分布較為均勻，其電導(dǎo)率也有明顯的提升，但在高溫還原性氣氛條件下熱處理后，所獲得的復(fù)合材料中有少量Fe2P2O7雜質(zhì)生成，影響磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)性能。因此要在碳含量有效控制的前提下，實現(xiàn)碳的均勻分布且不引入雜質(zhì)相是磷酸鐵鋰材料改性的有效方法，這就需要對包覆工藝進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸鐵鋰正極材料的表面碳包覆方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種磷酸鐵鋰正極材料表面的碳包覆方法，該方法具體包括以下步驟：

（1）按照摩爾比Li:Fe:P:C=1.02:1:1:0.05～0.18，稱取鋰源、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、有機(jī)碳源，以乙醇或丙酮為分散劑進(jìn)行球磨分散處理，再進(jìn)行真空干燥處理獲得干燥料；

（2）將步驟（1）所獲得的干燥料于惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)處理，先于500℃保溫5h，再升溫至700～750℃保溫10h，升溫速率為5℃/min，自然冷卻后對燒結(jié)料進(jìn)行粉碎處理，獲得粉碎后燒結(jié)料；

（3）將步驟(2)中所獲得的粉碎后燒結(jié)料置于激光化學(xué)氣相沉積反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行氣相沉積碳包覆處理，即可獲得碳包覆的磷酸鐵鋰材料。

所述步驟（1）中鋰源、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、有機(jī)碳源中Li:Fe:P:C的摩爾比為1.02:1:1:0.12。

所述步驟（1）中鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、氟化鋰中的一種或至少兩種的組合；有機(jī)碳源為葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或聚乙烯中的一種或至少兩種的組合。

所述步驟（2）中惰性氣體為氮?dú)狻鍤夂秃庵械囊环N或至少兩種的混合氣體。

所述步驟（3）中激光化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的沉積條件為：氣相沉積時間為1～5h，沉積溫度為400-600℃，沉積氣氛條件為碳源氣體和惰性氣體混合氣氛，其中碳源氣體的體積百分?jǐn)?shù)為2%～10%，氣體流量為0.1～0.25L/min，波長為193nm或514.5nm的脈沖激光，脈沖能量密度為25mJ/cm2。

所述步驟（3）中碳源氣體為甲烷、乙炔中的一種，當(dāng)碳源氣體為甲烷時，采用波長為514.5nm的脈沖激光，當(dāng)碳源氣為乙炔時，采用波長為193nm的脈沖激光。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用激光化學(xué)氣相沉積的方法實現(xiàn)了在較低的熱處理溫度下對磷酸鐵鋰材料表面的均勻碳包覆。激光激發(fā)分解含碳?xì)怏w分子產(chǎn)生碳，沉積在磷酸鐵鋰材料顆粒表面，在較低的熱處理溫度下實現(xiàn)了材料表面的碳包覆。避免了材料在還原性氣氛條件下高溫?zé)崽幚恚@得的材料無磷化鐵雜質(zhì)相的產(chǎn)生。這種材料相純，表面碳層包覆均勻，倍率充放電性能優(yōu)異。

附圖說明

圖1是激光化學(xué)氣相沉積反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實施例2所獲得的LFP/C-LICVD2樣品和對比實施例所獲得的LFP/C-CVD樣品的XRD對比圖。

具體實施方式