[發明專利]一種LiFePO4/C正極材料的流變相法制備方法

在審

• 申請號: 201610236213.3
• 申請日: 2016-04-17
• 公開（公告）號: CN105762343A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 鄭葉芳
• 申請（專利權）人: 鄭葉芳
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，特別涉及一種LiFePO₄/C正極材料的流變相法制備方法。

背景技術

隨著社會經濟、科學技術的發展，現有的能源已不足以支持未來的持續發展，人們也迫切地需要開發新能源。在諸多的新能源中鋰離子電池具備高儲存能量密度；使用壽命長，可達到6年以上；額定電壓高(單體工作電壓為3.7V或3.2V)，相當于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串連電壓；其次還具備高功率承受的能力；同時自放電率很低，這是該電池突出的優越性能之一；再而電池重量輕，相同體積下電池重量約為鉛酸系列產品重量的1/6-1/5；鋰離子電池還具有高低溫適應性強的特點，能夠在-20℃--60℃的環境下使用；當然，鋰離子電池綠色環保，不論是生產、使用和報廢，都不含有、也不會產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素等許多優點。總而言之，鋰離子電池具有上述諸多優勢，是未來使用或代替其他電池的不二之選。鋰離子電池是目前使用中最為廣泛的二次電池，通常以鋰碳化合物為負極材料，有機電解質為電解液。但是，有機電解質存在成本高，導電性能差，生存條件要求高，尤其是存在易燃，易爆的安全隱患，導致了離子電池使用范圍的局限性。就此，人們聯合傳統水溶液電池成本低、便于制取的優點，提出了水溶液鋰離子電池的理論觀點。利用水溶液鋰離子電池作為一種新型的二次電池，讓水溶液電解液代替有機電解液，避免了因有機電解液與電極材料反應形成枝晶可能造成的燃燒、爆炸等安全問題，在低電壓電池如鉛酸電池、堿錳電池等領域的競爭中具有很大的優勢。

目前磷酸鐵鋰的主要制備方法有：流變相法、高溫固相法、碳熱還原法、微波合成法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱合成法等等。流變相方法結合固相反應和液相反應的優點，降低能耗，也降低了產品的顆粒尺寸，適于工業化生產，流變相法合成的磷酸鐵鋰，由于其較小的粒徑而具有很好的導電率；高溫固相法的操作簡單及工藝路線單一，工藝參數容易控制，制備的材料穩定，易于實現大規模工業化生產，但是得到的磷酸鐵鋰顆粒不均勻，晶形無規則，同時煅燒溫度太高，耗能太大；碳熱還原法的生產過程較為簡單，生產成本得到降低，材料的導電性有所改善，但此種方法制備的材料與高溫固相法相比之下在材料容量表現和倍率性能方面偏低；微波合成法加熱時間短，加熱速度快，熱能利用率高，但大規模生產有一定的困難；溶膠-凝膠法和共沉淀法在某種程度上有相似之處，所制備材料活性大、粒度小且粒度分布均勻，熱處理溫度降低，熱處理時間縮短，能耗有所減少，但溶膠-凝膠法制備條件苛刻，而且粒子容易在烘干和煅燒過程中結塊，所以也很難擴大該方法在工業應用及其生產，而且溶膠-凝膠法制備同時增加了產品的生產成本和生產工藝的復雜程度；共沉淀法因不同的原料要求具有相似的水解或沉淀條件，使其在原料的選擇上變得困難，從而也影響了其實際應用；水熱法制備磷酸鐵鋰具有粒徑小、物相均一及操作簡便等優點，但只限于少數粉體的制備，工業化生產的難度較大。而磷酸鐵鋰存在導電性能差，振實密度低等缺點。

發明內容

本發明提供一種LiFePO₄/C正極材料，其具有較小的粒徑和良好的電導率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種LiFePO₄/C正極材料的流變相法制備方法，該方法以磷酸鐵，碳酸鋰，葡萄糖和石墨烯為原料，具體是：將磷酸鐵與碳酸鋰混合研磨2小時以上，得到均勻的細小固體混合物，該固體混合物中加入適量石墨烯，繼續研磨1小時以上，然后加入質量濃度為10％-20％的葡萄糖溶液，充分混合得到漿料，將漿料放入管式爐中加熱到700-720℃，維持該溫度8-9小時，自然冷卻到室溫，得到LiFePO₄/C正極材料。

本發明采用加入石墨烯來增強磷酸鐵鋰的導電性能，生成一種LiFeO₄/C的正極材料。本發明通過流變相法以FePO₄為原料制備出不同比例碳摻雜的LiFePO₄/C正極材料，流變相法制備的LiFePO₄/C正極材料因顆粒直徑較小而提高了導電率，能耗降低。

作為優選，漿料放入管式爐中后，首先在通氮氣的情況下放置20-40分鐘，然后再進行加熱。

作為優選，磷酸鐵與碳酸鋰的重量比為1:1.1～1.2。

作為優選，石墨烯占所述固體混合物質量的0.05-0.25％。