[發明專利]一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法及鋰離子電池

在審

• 申請號: 201710031427.1
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106848308A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 鐘莎莎;饒睦敏;李瑤
• 申請（專利權）人: 深圳市沃特瑪電池有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法及鋰離子電池。

【背景技術】

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)電池作為一種綠色環保能源，以其高安全性、良好的高溫特性、長的循環壽命、對環境友好、來源廣、價格低廉等優點引起人們的高度關注，逐漸成為動力電池的重要選擇。

然而，磷酸鐵鋰正極材料存在電子電導率低和離子擴散率小的缺點，未經過包覆改性的磷酸鐵鋰電導率約為10-9～10-11S/cm，近乎絕緣體，其粒子擴散系數也很低，D_Li+<10^-14cm²/s，影響了磷酸鐵鋰正極材料的倍率性能和低溫放電性能,LiFePO₄在-20℃的放電容量不到20℃容量的50％，限制了其在高功率動力領域的大規模應用。

對于LiFePO₄正極材料，通常通過碳包覆、金屬離子摻雜、導電聚合物包覆等方法，來提高其性能。在磷酸鐵鋰的表面包覆碳，可以有效提高電子的電導率，同時表面的碳包覆層形成后，可限制顆粒粒徑進一步增大，達到控制粒徑的目的，但是，由于碳的質量較輕，并且為非活性物質，碳的加入導致了正極材料體積比能量和質量比能量的降低；在磷酸鐵鋰制備過程中摻雜金屬陽離子可以提高材料本體的電導率，但是離子摻雜容易破壞其晶格結構，阻塞鋰離子的擴散通道。

鑒于此，實有必要提供一種新型的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法及鋰離子電池以克服以上缺陷。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種鋰離子導電率高、放電容量大且循環性能優異的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：配置一定濃度的醋酸和雙氧水的混合液，然后，向醋酸和雙氧水混合溶液中加入一定量磷酸鐵鋰混合液，攪拌一段時間后，過濾，洗滌沉淀，并進行第一次真空下干燥，得到部分脫鋰后的磷酸鐵鋰；

步驟二：將一定量的鋰鹽加入到一定量的甲醇溶液中，攪拌溶解，再向其中加入物質的量之比為10：0～0：10的苯胺和吡咯，混合均勻后，加入一定量步驟一得到的部分脫鋰后的磷酸鐵鋰，在一定溫度下進行攪拌反應，得到反應產物；

步驟三：對步驟二制得的反應產物進行過濾，用甲醇和乙腈洗滌至濾液無色，并進行第二次真空干燥，得到苯胺/吡咯包覆的磷酸鐵鋰正極材料。

在一個優選實施方式中，所述步驟一中的醋酸和雙氧水的混合溶液的配置方法為：將2ml醋酸加入100ml去離子水中溶解，再向其中加入5ml濃度為30％雙氧水。

在一個優選實施方式中，所述步驟一中的磷酸鐵鋰混合液的配置方法為：取10.2g磷酸鐵鋰粉末分散在250ml去離子水溶液中。

在一個優選實施方式中，所述步驟一中的攪拌時間為15min；所述步驟一中第一次真空干燥的干燥溫度為60℃，干燥時間為12h；所述步驟三中第二次真空干燥的干燥溫度為60℃，干燥時間為12h。

在一個優選實施方式中，所述步驟二中的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)，所述步驟二中加入的鋰鹽的質量為3.1g，甲醇溶液的體積為25ml。

在一個優選實施方式中，所述步驟二中的加入的部分脫鋰后的磷酸鐵鋰的質量為4.68g，所述步驟二中攪拌反應的反應溫度為60℃，反應時間為2h。

在一個優選實施方式中，所述步驟二中苯胺和吡咯的物質的量之比為7：3。

在一個優選實施方式中，所述步驟二中苯胺和吡咯的物質的量之比為5：5。

在一個優選實施方式中，所述步驟二中苯胺和吡咯的物質的量之比為3：7。

本發明還提供一種鋰離子電池，包括負極片、隔膜、電解液及外殼，還包括上述方法所制備的磷酸鐵鋰正極材料的正極片；所述正極片、負極片及隔膜卷繞后裝入所述外殼，經注電解液、封口后組成所述鋰離子電池。

相比于現有技術，本發明提供的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，采用過氧化氫和醋酸的水溶液使磷酸鐵鋰部分脫鋰，反應后溶液中的醋酸鋰容易被回收利用，且過氧化氫則分解得到水，對環境不會造成污染；依靠脫鋰后的磷酸鐵鋰的氧化性質使苯胺和吡咯發生共聚，無需從外界加入過硫酸銨或者高錳酸鉀等氧化劑，避免了正極材料中摻雜的氧化劑進入到電解質溶液中，污染電解質溶液，影響電池性能；并且，采用這種方法制得苯胺/吡咯的導電共聚物包覆磷酸鐵鋰正極材料工藝簡單，成本較低，鋰離子導電率高、鋰離子電池的放電容量大且循環性能優異。

【附圖說明】