[發明專利]磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料及制備方法及用途

有效

• 申請號: 201410448588.7
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104332612B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 張金利;王姣;劉媛媛;李韡;谷俊杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及一種磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。

背景技術

綠色環保的鋰離子電池是20世紀90年代初發展起來的新型電源體系，由于其工作電壓高、體積小、質量輕、無記憶效應、循環壽命長、無污染等特點受到人們的重視和青睞，是新一代的綠色高能充電電池。它以嵌鋰碳材料代替金屬鋰作正極，克服了以往鋰電池因鋰枝晶所引起的循環可逆性能和安全性能上的缺陷，既保持了鋰電池高電壓、高比能量等主要特性，又有使用溫度范圍寬(37℃～60℃)、循環壽命長、自放電率少、無記憶效應、可快速充電、無環境污染等突出的優點，是繼傳統的鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池之后的新一代蓄電池。但是，鋰離子電池問世僅十余年，它已經顯露出明顯的不足，如成本較高、倍率性能欠佳等。為此，全球的科技界和工業界都致力于完善鋰離子電池的相關技術，研究和開發鋰離子電池新型材料，提高其性能，降低其成本。

近年來為提升鋰離子電池正極材料的倍率容量，克服固有缺點，改善其電化學性能，目前采用的主要方法包括以下兩種：(1)利用新型的方法制備更細小均一的顆粒以縮短鋰離子擴散距離，使電極材料的倍率容量得到提升；(2)在材料顆粒表面進行薄層導電性材料包覆以提升表面的導電性及電極中的電接觸，如材料表面碳包覆等。目前國內外的一些學者對材料碳包覆層做了進一步的改善研究，主要是對碳包覆層進行氮改性。但尚未有對碳包覆層進行磷改性的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種原料來源廣泛、價格低廉，合成工藝簡單、工藝條件易于控制且安全環保，適合工業化生產的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的制備方法。

本發明的第二個目的是提供一種具有良好的電化學性能的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料。

本發明的第三個目的是提供一種磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的用途。

本發明的方法概述如下：

一種磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)按質量比為1：(0.1～1)的比例將碳包覆的鋰離子電池正極材料與磷源混合均勻，在100～200℃溫度下于真空干燥箱中干燥8～24h，研磨后得到粉體；

(2)將步驟(1)得到的粉體置于管式爐中，在氮氣保護下，以1～10℃/min的速率升溫至300～1000℃，恒溫煅燒1～6h，得到一種磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料。

磷源優選三苯基磷、磷酸、亞磷酸、焦磷酸、偏磷酸、磷酸銨或磷酸二氫銨。

鋰離子電池正極材料優選為LiFePO₄、LiMnPO₄、LiCoPO₄、Li₄Ti₅O₁₂、Li₂FeSiO₄、Li₃V₂(PO₄)₃或LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中0<x<0.5；0<y<0.5。

上述方法制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料。

上述磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料在制備電池的用途。

本發明的優點在于：本發明的方法原料來源廣泛、價格低廉，合成工藝簡單、工藝條件易于控制且安全環保，適合工業化生產，用本發明的方法制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料在高倍率下具有較好的循環表現等電化學性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的XRD圖譜。

圖2為本發明實施例1制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料的SEM照片。

圖3為本發明實施例1所采用的碳包覆的鋰離子電池正極材料的倍率充放電曲線圖。

圖4為本發明實施例1制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料作為鋰離子電池正極材料的倍率充放電曲線圖。

圖5為本發明實施例1制備的磷改性碳包覆鋰離子電池正極復合材料作為鋰離子電池正極材料的循環性能曲線圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。下面的實施例是為了使本領域的技術人員能夠更好地理解本發明，但并不對本發明作任何限制。

本發明各實施例所采用的碳包覆的鋰離子電池正極材料為商業化產品。

實施例1