[發明專利]一種鋰離子電池用正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710188178.7
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107039643B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 章冬云;董曉曉;喬金;豐平;周江;趙萌;秦雯
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明提供了一種鋰離子電池正極材料，其化學式為LiFe_1?xCr_xBO₃/C，0.005≤x≤0.01。還提供了上述鋰離子電池正極材料的制備方法，將氫氧化鋰加入去離子水中超聲溶解，制備硼酸水溶液，將氫氧化鋰加入到硼酸水溶液中，待反應完全得到澄清溶液；然后冷卻至室溫后進行球磨，再加入草酸亞鐵球磨；再加入焦糖和硝酸鉻繼續球磨；出料時加入去離子水，控制球磨產物量；將球磨產物噴霧干燥得到球形硼酸鐵鋰前驅體粉體；控制溫度500?600℃氮氣中煅燒即得到鋰離子電池正極材料硼酸鐵鉻鋰/碳復合材料。本發明的硼酸鐵鉻鋰/碳復合材料具有較高的比容量，良好的倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種鋰離子電池材料，具體來說是一種鋰離子電池用正極材料硼酸鐵鉻鋰/碳復合材料的制備方法。

背景技術

石油能源危機和環境污染所引發的環境危機，迫使人們尋找新型清潔、可循環使用的新能源材料。由此對環境友好的鋰離子電池應運而生。橄欖石結構的LiFePO₄正極材料已經被深入研究，并且近年來在動力電池市場占主導地位，以其價格低廉、安全性能好、環境友好等突出優點。然而，磷酸鐵鋰本身的理論比容量較低僅有170mAh/g，且導電性較差，高倍率充放電性能不佳，振實密度低。這些缺點中有些可以通過進一步的研究加以提高和改善，但是另外一些則是本征的，如理論比容量的大小等，不可能通過研究得到改善或提高。這就要求人們進一步探索和開發具有更高比容量的正極材料以滿足技術發展的需求。隨著聚陰離子正極材料LiFePO₄而的成功商業化，其它聚陰離子正極材料包括硅酸鹽、鈦酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽等引起了人們的廣泛關注，其中硼酸鐵鋰硼酸鐵鋰(LiFeBO₃)是一種新型的高比容量的聚陰離子正極材料。

與LiFePO₄相比，LiFeBO₃的優勢在于：更高的比容量(約220mAh/g)；更好的導電性(3.9×10^-7S/cm)；更小的體積變化率(約2％)。所以，硼酸鐵鋰有望成為下一代鋰離子正極材料。但是硼酸鐵鋰表面穩定性差和低的電子電導率阻礙了其進一步發展。目前國內外對于將硼酸鐵鋰用于鋰離子電池正極材料的研究進展仍較少，且所報道的硼酸鐵鋰材料充放電性能測試均是在低電流密度下進行(如在0.05C倍率下)，且所制備的材料循環性能需進一步改善。因此，如何提高其電子導電率和離子導電率對于硼酸鐵鋰進一步的應用具有重要意義。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種鋰離子電池用正極材料及其制備方法，所述的這種鋰離子電池用正極材料及其制備方法要解決現有技術中鋰離子電池用硼酸鐵鋰材料低的電子傳導率和鋰離子遷移速率，導致的可逆容量低、倍率性能差以及循環衰減快的技術問題。

本發明提供了一種鋰離子電池用正極材料，其化學式為：LiFe_1-xCr_xBO₃/C，0.005≤x≤0.01。

進一步的，x為0.005、0.01、或者0.008。

本發明還提供了上述的一種鋰離子電池用正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將88重量份氫氧化鋰加入500重量份去離子水中超聲溶解得到氫氧化鋰的澄清溶液，將124重量份硼酸加入800重量份去離子水中，將已經溶解的氫氧化鋰加入到硼酸的水溶液中，待反應完全得到澄清溶液；

2)將步驟1)獲得的溶液冷卻至室溫，加入砂磨機中進行球磨，同時加入356-359重量份的草酸亞鐵，球磨3h；加入170重量份焦糖和2-5重量份硝酸鉻繼續球磨1h，出料時添加適量去離子水控制球磨產物量為5000重量份；

3)將步驟2)所得到的球磨產物攪拌均勻后于170℃下噴霧干燥，得到的球形硼酸鐵鋰前驅體粉體；