[發明專利]一種納米級LiFePO4/C電極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410493196.2
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104347854A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 陳建;趙娜;王曉峰;賈鐵昆;石冬梅;萬琳;趙營剛
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料的制備技術領域，具體涉及一種納米級LiFePO₄/C電極材料的制備方法。

背景技術

隨著人們生存環境的不斷破壞，不可再生能源的大量消耗，新型的環保能源逐漸引起了各個國家的重視，其中鋰離子電池以其高的能量密度、優異的循環性能等諸多優點而受到廣大科研工作者的重視。鋰離子電池正極材料主要包括鈷酸鋰(LiCoO₂)、錳酸鋰(LiMn₂O₄)和磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄)等。其中具有橄欖石結構的LiFePO₄由于其工作電壓穩定，原料來源豐富，結構穩定性高，安全性能好等優點而成為最具競爭力的鋰離子電池正極材料。然而LiFePO₄的電子電導率和鋰離子擴散系數低，導致其在高倍率充放電條件下，實際比能量低，循環性能差，這在很大程度上限制了LiFePO₄的廣泛應用。

為了能夠使LiFePO₄達到應用條件，科研工作者采取了多種途徑來改善其電化學性能，這些方法主要包括減小活性材料的粒徑、碳包覆和金屬離子的摻雜等。K.Amine等(I.Belharouak,C.Johnson,K.Amine,Electrochem.Commun.7(2005)983–988.)通過氣相沉積法制備了LiFePO₄/C復合材料，該復合材料在放電倍率是C/3時，放電容量可以達到140mAh?g^-1，但是該合成過程繁瑣，產量低，難以規模化生產。J.S.Yang等(J.S.Yang,J.J.Xu,Electrochem.Solid?State?Lett.7(2004)A515–A518.)通過溶膠-凝膠法合成了LiFePO₄/C復合物，該復合物在2C倍率下，容量可以達到150mAh?g^-1，顯示出較高的容量。但是作者并沒有給出更高倍率下的容量以及循環性能。黎德育(200910073347.8)采用固相法合成LiFePO₄/C，合成過程中需要經過高速剪切分散對固體細化，能耗大、效率低且易混入雜質。顧大明(201110063208.4)通過噴霧干燥熱解法合成了納米級的LiFePO₄/C電極材料，該材料有著較高的放電容量，但是合成方法同樣較為繁瑣，也不利于工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米級LiFePO₄/C電極材料的制備方法，該方法具有制備工藝簡單，過程易于控制等特點。

本發明的實驗是首先以廉價的三價鐵鹽為鐵源、聚糠醇為碳源，通過原位聚合限制法合成聚糠醇和磷酸鐵的復合物，然后通過將該復合物和鋰鹽研磨、混合均勻，經高溫燒結得到LiFePO₄/C復合材料。其中原位產生的碳能夠抑制LiFePO₄顆粒之間的相互接觸與生長，得到具有納米尺寸的LiFePO₄活性粒子，從而增加了活性材料與電解液之間的接觸面積。同時包覆的碳能夠有效地提高活性材料粒子之間電子的傳導，有利于減小電極的電荷轉移電阻。這兩者的共同作用有助于改善LiFePO₄電極材料的倍率性能和循環性能。

本發明所述的鋰離子電池電極材料LiFePO₄/C的制備方法，其步驟如下：

(a)分別稱取適量的可溶性三價鐵鹽和糠醇C₅H₆O₂加入到去離子水中，其中其中三價鐵鹽與糠醇的摩爾比為1:(0.35～5.80)，攪拌使其完全溶解、混合均勻，得到溶液1；

(b)稱取適量的可溶性的磷源于三頸燒瓶中，并加入適量的去離子水，攪拌使其完全溶解，得到溶液2，其中三價鐵鹽和磷源的摩爾比為1:1，然后將該三頸燒瓶置于油浴或者水浴中，并接上冷凝管；

(c)將溶液1慢慢地滴加到溶液2中，一邊攪拌一邊滴加，滴加完畢后，繼續攪拌使其反應完全，反應結束后，將燒瓶從油浴或水浴中取出，并在空氣中靜置冷卻至室溫，將燒瓶內的產物進行過濾、洗滌至濾液pH值為6.8～7.2，然后將沉淀物置于烘箱中干燥，得到聚糠醇PFA與磷酸鐵的復合物(PFA/FePO₄)；