[發(fā)明專利]一種合成鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410248784.X
• 申請(qǐng)日: 2014-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN104009231A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)成善;宗繼月;孟博;王曉衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東精工電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合成鋰離子電池正極材料的方法，尤其涉及一種合成鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的方法。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰（LiFePO₄）具有原材料豐富、綠色環(huán)保、價(jià)格低廉、比容量高（170?mAh/g）、平臺(tái)特性好、耐過充性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前景的一種鋰離子電池正極材料。然而，磷酸鐵鋰本身是一種半導(dǎo)體，它的本征電子導(dǎo)電性較差（約在10^-9?S/cm量級(jí)），鋰離子的擴(kuò)散速率較低（約在10^-11?S/cm量級(jí)），這些不足嚴(yán)重限制了正極材料磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能。在充放電過程中較差的電子導(dǎo)電性會(huì)產(chǎn)生很大的歐姆壓降，使電位平臺(tái)偏離開路電壓；降低的鋰離子擴(kuò)散速率決定了磷酸鐵鋰?yán)碚撊萘康睦寐?。這兩個(gè)不利因素使磷酸鐵鋰的功率密度和能量密度偏低，不能滿足實(shí)際應(yīng)用。因此，提高磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率及鋰離子的擴(kuò)散速率成為其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

目前，國(guó)內(nèi)外研究者已做了大量研究，可行方案主要包括包覆和摻雜，所采用的合成方法主要有固相法，溶膠凝膠法，水熱法，微乳干燥法，微波合成法等。與現(xiàn)有的合成方法相比，水熱法具有合成溫度低，形貌粒徑易于控制，合成純度及均一性高等優(yōu)點(diǎn)，最有可能成為商業(yè)化合成磷酸鐵鋰的方法。

但到目前為止，水熱法仍然未得到大規(guī)模的應(yīng)用，分析其原因主要有以下兩個(gè)方面：一、水熱法合成LiFePO₄所采用的鐵源大部分為二價(jià)鐵，而二價(jià)鐵特別容易氧化成三價(jià)鐵，在合成過程中不僅需要還原劑（比如抗壞血酸）的加入，還需要在惰性氣氛中進(jìn)行；二、現(xiàn)有的合成工藝過程復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、不確定因素眾多，這些都不適于工業(yè)化生產(chǎn)。顯然，這些因素都在不同程度上增加了合成成本及能耗。這些不足抵消了該種方法合成的優(yōu)勢(shì)，使該方法的合成優(yōu)勢(shì)不再明顯。因此，必須采取一些有效措施來改善這些不足，突出其合成優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步擴(kuò)大其生產(chǎn)應(yīng)用。

本發(fā)明針對(duì)目前水熱法合成LiFePO₄的諸多不足，以降低成本，減少能耗，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，易于大規(guī)模生產(chǎn)為切入點(diǎn)，以廉價(jià)無(wú)毒，無(wú)污染的無(wú)機(jī)鹽為原料，以苯胺為碳源，來制備高性能的LiFePO₄正極材料，并對(duì)其物理及電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，工藝操作簡(jiǎn)單，且材料粒徑均勻，能耗小的一種合成鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的水熱合成方法，其特征在于：具體步驟如下：

（1）按摩爾比3:1分別稱取鋰鹽和磷鹽，各自溶于蒸餾水中，分別形成3?mol/L的鋰鹽溶液和1?mol/L的磷鹽溶液，待用；

（2）將苯胺加入到步驟（1）中的磷鹽溶液中；其次，將完全溶解的鋰鹽溶液加入到苯胺與磷鹽的混合溶液中，瞬間生成白色的Li₃PO₄沉淀；

（3）將含有抗氧化劑的鐵鹽溶液滴入步驟（2）的體系中；

（4）將步驟（3）得到的液體攪拌后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，N₂鼓泡10?min，密封后放入100-200℃的鼓風(fēng)干燥箱中保溫1-3h，取出反應(yīng)釜降至室溫后，分離所得沉淀用蒸餾水洗滌，然后放入60?°C烘箱中干燥，干燥后得到LiFePO₄/PANI粉末；

（5）將步驟（4）所得粉末置于400-600?°C管式爐中于N₂氣氛下燒結(jié)1-3?h，冷卻至室溫時(shí)獲得LiFePO₄/C正極材料。

此方法中，鋰鹽為可溶性鹽，鋰鹽為一水氫氧化鋰、無(wú)水氫氧化鋰、硝酸鋰或該三種或其中兩種的混合物。

此方法中，磷鹽為H₃PO₄、NH₄H₂PO₄、(NH₄₎₂HPO₄或該三種或其中兩種的混合物。

此方法中，所述的抗氧化劑為抗壞血酸。

此方法中，鐵鹽為可溶性亞鐵鹽，鐵鹽為七水硫酸亞鐵、氯化亞鐵其中一種或兩種的混合物。

此方法中，所述步驟（4）中的分離為抽率分離或離心分離。