[發明專利]一種高性能磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410379848.X
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN105322162B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 丁瑜;王鋒;杜軍;郭連貴;覃彩芹;關鵬
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;C01B25/45
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 余曉雪,王敏鋒

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的制備技術領域，具體涉及一種高性能磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的高能電池，目前已被廣泛應用于人們的日常生活中。橄欖石結構的磷酸鐵鋰自從1997年被Goodeough制備出來以后，一直是商品化鋰離子電池的主要正極材料，磷酸鐵鋰安全性和循環性好，比能量密度高(約550 Wh/g)，理論比容量高(172 mAh·g^-1)，充放電電位為3.4V(vs.Li⁺/Li)。但是由于磷酸鐵鋰中的Li⁺在晶體內僅沿c軸方向一維擴散，因而，磷酸鐵鋰中電子傳導能力(約10^-9S/cm)和Li⁺擴散能力(10^-14cm²/S)均低，這使磷酸鐵鋰材料在高倍率條件下循環時的電子傳導受阻，導致容量下降。

通常提高磷酸鐵鋰性能的方法主要有納米化電極材料以縮短傳導距離，但副反應多，能量密度低；也有通過離子摻雜提高磷酸鐵鋰的導電性的報道，但提高有限，且難以調控；最常見的方法就是采用碳包覆磷酸鐵鋰，以提高其導電性。但目前大多數制備的碳包覆磷酸鐵鋰材料還是依然不能解決高倍率循環性能的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供了一種新的鋰離子電池復合正極材料的制備方法。本發明方法構思如下：先將鋰源、Fe₂O₃、(NH₄)₂HPO₄和三聚氰胺按一定的物料比加入到球磨機中，以無水乙醇為介質球磨后噴霧干燥，然后在惰性氣氛條件下煅燒，球磨篩分后即得到磷酸鐵鋰復合正極材料。

本發明方法制備工藝簡單，制備出的復合正極材料可逆容量高，高倍率循環性能優異。本發明采用原位添加三聚氰胺的方式直接一步法制備磷酸鐵鋰復合材料，三聚氰胺的作用一是作為還原劑，提供還原氛圍將+3價的鐵離子還原為+2價；二是該物質含氮量高，有助于形成高氮含量的碳包覆材料，由于氮原子替代部分碳的晶格位置，氮原子額外的孤對電子可以給SP²雜化的碳骨架離域體系以負電荷，從而有效地提高碳的表面極性，增強電子的傳輸性能及化學反應活性。同時摻雜富電子的氮原子還可改變碳材料的能帶結構，使材料的價帶降低，從而增加材料費米能級上的電子密度，實現鋰離子電池性能的提升。

具體的，本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的。

一種磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，步驟如下：

(1)將鋰源(Li₂CO₃或LiOH)、Fe₂O₃、(NH₄)₂HPO₄和三聚氰胺按一定的物料比加入到球磨機中(球磨機轉速為2000轉/分)，以無水乙醇為介質球磨3小時。

所述的鋰源(以Li元素計)、Fe₂O₃和(NH₄)₂HPO₄物質的量之比為1.1:0.5:1。

所述的三聚氰胺的質量為鋰源、Fe₂O₃和(NH₄)₂HPO₄質量之和的2.5％～20％。

(2)將所得漿料噴霧干燥，得到粉體混合物料。

(3)將所得的粉體混合物料在惰性氣氛下從室溫升溫至600～700℃，并保持3小時，冷卻后得到磷酸鐵鋰復合正極材料初產品。

所述惰性氣氛條件為氮氣或者氬氣氣氛。

所述升溫的速率為5℃/min。

(4)將初產品在球磨機中球磨處理2小時(球磨機轉速為2000轉/分)，過200目篩后，即得到所述磷酸鐵鋰復合正極材料。

與現有技術相比，本發明方法的優點與有益效果在于：