[發明專利]一種球形微納米磷酸鐵/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610008824.2
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105449208B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 楊改;秦顯忠;高劍;蔡飛鵬;蔣波;王波;譚春暉
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/583;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 曹麗

本發明公開了一種球形微納米磷酸鐵/碳復合材料及其制備方法，包括以下步驟：(1)配置鐵鹽和含磷化合物的水溶液，鐵元素與磷元素的摩爾比為(0.9?1.2)：1，溶液濃度為0.2?5mol/L；(2)將高分子材料粘結劑分散于步驟(1)的溶液中，高分子材料粘結劑用量為鐵鹽的0.5?90wt％；(3)將步驟(2)制得的溶液加入反應釜中，持續加入堿性溶液，使反應釜內的pH保持為2?4，所述反應體系的溫度為20?90℃，反應1?60個小時后，得到含有結晶水的球形微納米磷酸鐵/高分子復合材料；(4)將步驟(3)制備的球形微納米磷酸鐵/高分子復合材料在惰性氣氛下，300～800℃焙燒3～12小時后冷卻，得到產物。本方法制備的且實現了材料碳包覆，對后續制備高密度、高性能鋰離子電池LiFePO₄正極材料起到了至關重要的作用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體一種球形微納米磷酸鐵/碳復合材料及其制備方法。

背景技術

磷酸鐵(FePO₄)是一種外觀呈白色或灰白色粉末的單斜晶體，最初在農業、陶瓷玻璃、鋼鐵及表面鈍化等領域廣泛應用，隨后研究發現FePO₄在氧化脫氫催化、離子交換和電化學性能等領域中也有應用。在電化學領域的應用中，FePO₄可以作為制備鋰離子電池LiFePO₄正極材料的骨架材料。研究表明，采用FePO₄作為前驅體制備LiFePO₄正極材料具有以下優點：(1)FePO₄具有固定的Fe/P比例，因此更容易獲得純凈的LiFePO₄正極材料；(2)FePO₄和LiFePO₄具有相似的晶型結構，Li⁺嵌脫時晶型結構衰減較少；(3)FePO₄較二價鐵源作為原料不僅價格低且不存在原料被氧化的困擾。綜上分析，通過控制合成FePO₄前驅體的結構、形貌和粒度可制備電化學性能優良的LiFePO₄正極材料。

球狀磷酸鐵鋰微納米結構材料滿足了高能量密度、高倍率性能鋰離子電池的設計需求，但是現有技術中大多是直接將鐵鹽、磷酸鹽、碳材料為原料制備磷酸鐵鋰，這樣一方面反應原料的混合度是不可控的，另一方面制備的LiFePO₄正極材料都不是球形?，F有碳包覆技術大多是在原料混合時加入碳源，雖然工藝操作簡單，但不能保證材料的完全碳包覆，且通常為一次碳包覆，對材料改性效果不明顯。目前，有關FePO₄生產工藝的報道相對較少且不成熟。

發明內容

本發明的目的是提供一種球形微納米磷酸鐵/碳復合材料及其制備方法，以高分子材料為粘結劑制備的球形微納米磷酸鐵/碳復合材料。

為了實現上述目的，本發明采用的以下技術方案：

一種球形微納米磷酸鐵/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置鐵鹽和含磷化合物的水溶液，所述鐵元素與磷元素的摩爾比為(0.9-1.2)：1，所述溶液濃度為0.2-5mol/L；

(2)將高分子材料粘結劑分散于步驟(1)的溶液中，所述高分子材料粘結劑用量為鐵鹽的0.5-90wt％；

(3)將步驟(2)制得的溶液與堿性溶液并流加入反應釜中，保持反應釜內的pH保持為2-4(優選：所述的堿性溶液濃度為0.5-10mol/L)，所述反應體系的溫度為20-90℃，(優選：所述的攪拌速率為0-1000r/s)反應1-60個小時后，得到含有結晶水的球形微納米磷酸鐵/高分子復合材料；

(4)將步驟(3)制備的球形微納米磷酸鐵/高分子復合材料在惰性氣氛下，300～800℃焙燒3～12小時后冷卻，得到去除結晶水的球形微納米磷酸鐵/碳復合材料。