[發明專利]一種磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方法

在審

• 申請號: 201410724778.7
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN105655548A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 李文升;樊勇利
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，特別是涉及一種磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆 的方法。

背景技術

目前，鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環壽命長，工作溫度范圍寬、無污染 等優點，使其在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應 用前景。

正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，常用的正極材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、 LiFePO₄。LiCoO₂是大規模商品化的正極材料，綜合性能較好，但其存在價格昂貴、毒性較 大的缺點。尖晶石結構的LiMn₂O₄成本低、安全性好，但是循環性能較差。而橄欖石結構 的磷酸鐵鋰具有比容量高、良好的安全性能、優異的循環性能、原材料豐富和無污染等優 點，已成為研究熱點。

但是LFP存在兩個明顯的缺點：一是LiFePO₄的離子傳導率和電子電導率均偏低，其 中電子電導率Se為10^-9s/cm，而離子傳導率Si為10^-11s/cm，二者直接導致電極傳輸率Sw 低(Sw＝Se×Si/Se+Si)，導致高倍率性能差；二是振實密度低，因而它的體積比容量小。 此外，LiFePO₄的低溫性能極差，以上缺點嚴重影響了這一材料的應用。

針對上述缺點，目前國內外研究采用的改進措施主要有：(1)摻雜或表面包覆提高 材料的電導率；(2)細化晶粒，合成小粒徑的LiFePO₄，以縮短鋰離子擴散路徑進而提高 電導率；(3)合成具有球形形貌結構且具有合理粒度分布的顆粒提高材料的堆積密度， 以提高材料的體積比容量。

專利CN101478045A公開了一種高振實密度磷酸鐵鋰的制備方法，該方法第一步采用 軟化學方法合成亞微米級磷酸鐵鋰粉末，第二步將所得磷酸鐵鋰粉末高速攪拌并同時噴入 高分子聚合物溶液或液態石蠟、葡萄糖、蔗糖進行造粒，然后燒結處理，得到粒徑在5-15 微米，振實密度1.5g/cm³的磷酸鐵鋰材料。該方法利用噴霧干燥進行碳包覆和造粒，能 夠實現碳層的均勻包覆以及顆粒的球形化進而提高材料的振實密度，但是該方法合成的材 料粒徑太大不利于材料電性能的發揮，同時該方法合成過程中需要進行兩次燒結處理，工 藝耗時過長，能耗高，不利于工業化穩定生產。

專利CN101944601B公開了一種納米磷酸鐵鋰均勻碳包覆的方法，該法將納米碳包覆 在顆粒的表面然后球磨破碎成納米級的燒結前驅體進行后續的燒結處理。實際上，該法即 使使用納米碳也無法實現將碳均勻的包覆在顆粒的表面。其次，該法進行碳包覆后又進行 了破碎處理以期獲得納米級別的燒結前驅體，而這又勢必破壞了碳在顆粒表面的包覆均勻 性，同時破碎過程破壞了材料的形貌結構，從根本上決定了其導電性能較差。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方 法。

本發明的目的是解決功率線正端電流采樣電路輸出特性與電路復雜度兩者之間的矛 盾問題，提供一種具有工藝穩定，成本低廉，安全環保，材料一致性高，性能優良，有機 碳源利用率高，能實現在磷酸鐵鋰顆粒表面形成均勻碳包覆，材料的體積比能量高等特點 的磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方法。

本發明磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方法所采取的技術方案是：

一種磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方法，其特征是：磷酸鐵鋰表面均勻碳包覆的方法 包括以下工藝步驟：

⑴乳液的配制：按質量比1:1-1.5:1的比例將有機碳源與水配制成水溶液，加熱至 50-100℃，加入有機碳源質量0.5％-8％的添加劑，攪拌5-60min形成乳液；

⑵磷酸鐵顆粒表面有機碳源包覆：將球形磷酸鐵加入到乳液中，攪拌混合0.5-8h得 到流變體，在閃蒸干燥機中進行干燥，得到具有有機碳源包覆層的磷酸鐵粉末；