[發明專利]適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410782189.4
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105762334B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 劉丙學;張向軍;樊騰飛;楊容;劉冠偉;趙挺;張洪坤;江丹平;王琦;宮頌
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;B82Y30/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

1.一種適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，其特征在于，包括主體材料磷酸鐵鋰/碳粉末，以及包覆在該主體材料表面的包括二氧化硅層、水溶性聚合物層和金屬納米顆粒層的復合層，其中，所述主體材料是由磷酸鐵或其含水化合物、鋰源化合物及碳源化合物混合后加熱形成的，所述復合層是依次由硅源化合物水解、有機單體聚合、金屬離子還原所形成的表面復合層；所述水溶性聚合物為丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物。

2.根據權利要求1所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，其特征在于，相對于材料的總質量，碳的含量為0.5-5％；磷酸鐵鋰的含量為90-99％；表面復合層的含量為0.1-5％。

3.根據權利要求1所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，其特征在于，所述碳源化合物為葡萄糖、蔗糖、果糖、環糊精、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯醇縮丁醛中的一種或幾種。

4.根據權利要求1所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，其特征在于，所述鋰源化合物為LiOH、Li₂CO₃中的一種或兩種。

5.一種權利要求1所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

(1)將磷酸鐵鋰/碳粉末添加到無水乙醇、去離子水和催化劑的混合液中攪拌均勻，磷酸鐵鋰/碳粉末與混合液的質量比為5-20:100；然后邊攪拌邊加入硅源化合物，攪拌反應6-24h，繼續向懸濁液中滴加硅烷偶聯劑，硅烷偶聯劑的加入量為硅源化合物質量的2-10％，繼續攪拌6-24h，離心分離、洗滌干燥；

(2)將步驟(1)得到的產物分散在DMF中，并加入有機單體丙烯酸或甲基丙烯酸和引發劑偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈，其中，有機單體與步驟(1)得到的產物的質量比為1:8-20，引發劑占有機單體質量的0.5％-5％；在氮氣保護下反應8-24h，產物過濾分離，水洗，真空干燥；

(3)將步驟(2)得到的產物分散在去離子水中，兩者質量比為1:15-50，向其中滴加金屬離子濃度為0.01-0.04mol/L的金屬離子溶液，攪拌均勻后滴加還原劑，還原劑濃度為0.01-0.1mol/L，得到適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料。

6.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述硅源化合物為硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯、硅酸丁酯中的一種或幾種混合物。

7.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述催化劑為弱酸催化劑或弱堿催化劑，其中弱酸催化劑為甲酸、乙酸、苯甲酸和苯乙酸中的一種或多種混合物，弱堿催化劑為氨水。

8.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

9.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，硅源化合物與無水乙醇的質量比為1:4-20，去離子水與無水乙醇的質量比為1:4-10，催化劑與無水乙醇的質量比為1:5-20。

10.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的金屬離子溶液為硝酸銀溶液、硝酸鎳溶液、硫酸鎳溶液、硝酸銅溶液、硫酸銅溶液、氯金酸或氯鉑酸溶液。

11.根據權利要求5所述的納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的還原劑為硼氫化鈉、水合肼或甲醛，還原劑摩爾量為金屬離子摩爾量的1-4倍。