[發(fā)明專利]一種具有優(yōu)良倍率性能和循環(huán)性能的磷酸鐵鋰的制備方法

無效

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103855393A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于鵬飛;肖順華;靳云霞;李玉珠;吳春丹
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)良倍率性能和循環(huán)性能的磷酸鐵鋰的制備方法。特別是涉及一種能夠明顯提高鋰離子電池的氟摻雜磷酸鐵鋰正極材料的電化學(xué)性能，使其具有較高的充放電容量和優(yōu)異的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性的氟離子摻雜磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，由于鋰離子二次電池有著比較高的能量密度、長的循環(huán)壽命和綠色無污染，被廣泛的運(yùn)用在各種便攜式電子產(chǎn)品、汽車產(chǎn)業(yè)以及軍工領(lǐng)域。在鋰電生產(chǎn)中，正極材料約占成本的2/3，而且正極材料對電池的能量密度和功率密度的影響最為顯著。在當(dāng)前研究的正極材料中，正交晶系的LiFePO₄由于具有能量密度高、原料豐富、環(huán)境污染較小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點等多重優(yōu)勢，被譽(yù)為是有史以來集眾多優(yōu)點于一體的第一種鋰離子電池正極材料，因此普遍認(rèn)為LiFePO₄有可能成為下一代鋰離子電池主要的正極材料，尤其在大電流放電方面具有極高應(yīng)用價值。

LiFePO₄是一種典型的聚陰離子型正極材料，聚陰離子正極材料存在固有電導(dǎo)率比較低和鋰離子在材料體相中擴(kuò)散性能較差的缺點,極大地限制了其在大電流領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，報道的碳包覆的方法雖然可以有效提高材料的電導(dǎo)性能，但僅電導(dǎo)性能的提高還不能滿足大倍率充放電性能的需求。為改善磷酸鐵鋰大倍率充放電性能，通過摻雜改性從而提高材料中鋰離子的擴(kuò)散成為有效途徑之一。

在對鋰離子二次電池正極材料LiFePO₄的摻雜改性研究中，文獻(xiàn)報道的主要包括Li位摻雜和Fe位摻雜。用于Li位摻雜的材料主要有Na⁺、K⁺等,用于Fe位摻雜的離子主要有Co³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺和Zn²⁺等幾種，而關(guān)于O位摻雜的研究還鮮見報道，本發(fā)明采用高溫固相方法，通過氟摻雜對LiFePO₄的電化學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可優(yōu)化磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能，提高其大倍率充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性的氟離子摻雜磷酸鐵鋰正極材料（LiFePO_4-XF_X，其中：x=0.01～0.1）的制備方法。

具體步驟為：

（1）取0.2～0.7g鋰源、1～2g鐵鹽、1～3g磷酸鹽、0.01～0.05g氟離子摻雜源和0.3～0.8g碳源于燒杯中，加入無水乙醇30-60ml，超聲20～40分鐘，攪拌10～20分鐘。

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（2）將步驟（1）所得產(chǎn)物置于干燥箱中，設(shè)定溫度60～80℃，干燥18～24小時至完全烘干。

（3）將步驟（2）所得產(chǎn)物取出，用瑪瑙研缽研成粉末，在真空燒結(jié)爐內(nèi)于300～500℃、純度為99%以上的氬氣保護(hù)下，燒結(jié)4～6個小時，自然冷卻至室溫，取出再次用瑪瑙研缽研成粉末，在真空燒結(jié)爐內(nèi)于500～800℃、純度為99%以上的氬氣保護(hù)下，燒結(jié)10～20個小時，自然冷卻至室溫，即得到LiFePO_4-XF_X，其中：x=0.01～0.1。

所述鋰源為乙酸鋰、碳酸鋰和氫氧化鋰中的一種或多種。

所述鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵、硝酸鐵和氯化鐵中的一種或多種。

所述磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨和磷酸銨中的一種或多種。

所述碳源為蔗糖、葡萄糖、檸檬酸和乙炔黑中的一種或多種。

所述的氟離子摻雜源為氟化銨、氟化鋰和氟氫化氨中的一種或多種。

本發(fā)明的一種具有優(yōu)良倍率性能和循環(huán)性能的磷酸鐵鋰的制備方法，以氟的化合物作為摻雜源料，利用高溫固相法制備出氟離子摻雜的磷酸鐵鋰正極材料。通過氟離子摻雜明顯提高了材料的電化學(xué)性能量，使其具有較高的充放電容量和優(yōu)異的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的一種具有優(yōu)良倍率性能和循環(huán)性能的磷酸鐵鋰的制備方法，利用商業(yè)化生產(chǎn)所采用的固相法，摻雜氟元素，經(jīng)過簡單的均勻混合，通過控制熱處理溫度和時間，制備出結(jié)晶良好、顆粒細(xì)小、分布均勻的氟離子摻雜磷酸鐵鋰正極材料，平均粒徑小于200nm。室溫下，0.2C倍率時，放電比容量大于145mAh/g,10C倍率下放電比容量大于70mAh/g。與其它金屬陽離子摻雜路線相比，本發(fā)明可以明顯的提高材料的放電比容量，尤其是大倍率放電性能方面。該方法制備的材料在動力電源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本制備方法工藝簡單，成本低廉，適用于工廠化生產(chǎn)。

附圖說明