[發(fā)明專利]一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710962747.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN107845791B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊美洲;廖云龍;郭鈺靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長(zhǎng)遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發(fā)明公開了一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，屬于新能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先以低軟化點(diǎn)瀝青作為碳源，與磷酸鐵鋰前驅(qū)體材料進(jìn)行球磨，再經(jīng)過(guò)低溫焙燒得到碳包覆磷酸鐵鋰預(yù)燒物，再將其與高軟化點(diǎn)瀝青高速混合，經(jīng)過(guò)低溫軟化和高溫碳化兩步，最終得到雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。該方法中使用的低軟化點(diǎn)瀝青可以有效阻止磷酸鐵鋰晶粒的長(zhǎng)大，并且初步實(shí)現(xiàn)碳包覆，再經(jīng)過(guò)與高軟化點(diǎn)瀝青混合并燒結(jié)后，可以優(yōu)化磷酸鐵鋰表面位能分布狀態(tài)，提高鋰離子在材料中的高速傳輸。本發(fā)明制備的磷酸鐵鋰正極材料具有電子和離子電導(dǎo)率高，比容量高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為鋰離子動(dòng)力電池的正極材料使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有較高的比能量、較長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命等特點(diǎn)而備受關(guān)注，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電腦等領(lǐng)域中。鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液四大部分組成，其中正極材料是制約著電池性能和價(jià)格最關(guān)鍵技術(shù)之一，因此對(duì)正極材料的研究成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，研究較多的正極材料主要是磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、富鋰錳基等。1997年Goodenough首先提出磷酸鐵鋰可以作為鋰離子電池的正極材料，磷酸鐵鋰正極材料具有原材料豐富、廉價(jià)、無(wú)污染、安全性好、充放電平臺(tái)明顯、倍率充放電特性和循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料。磷酸鐵鋰材料的制備方法有高溫固相法、碳熱還原法、水熱法和共沉淀法等。

然而，磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率都較低，極大地影響了電化學(xué)性能的發(fā)揮。碳包覆也稱摻碳，是一種有效的提高磷酸鐵鋰導(dǎo)電性的方法，目前常用的碳前驅(qū)體有蔗糖、葡萄糖、聚乙烯醇、檸檬酸、聚丙烯酸、淀粉等，通常將其與磷酸鐵鋰或其前驅(qū)體混合，在一定溫度下熱解產(chǎn)生導(dǎo)電碳，包覆在LiFePO₄顆粒表面形成LiFePO₄/C復(fù)合材料。這是一種原位包覆的方法，碳前驅(qū)體在焙燒過(guò)程中既可以起到還原作用又可以阻止LiFePO₄顆粒的長(zhǎng)大和團(tuán)聚，性能都得到一定程度的提高，因此備受關(guān)注。但是這些前驅(qū)體碳制備的材料電化學(xué)性能改進(jìn)的程度都有限。選擇合適的碳前驅(qū)體是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，該方法成本較低，操作簡(jiǎn)單，很適合大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，采用低軟化點(diǎn)瀝青有效阻止磷酸鐵鋰晶粒的長(zhǎng)大，初步實(shí)現(xiàn)碳包覆，再與高軟化點(diǎn)瀝青混合、燒結(jié)后，優(yōu)化磷酸鐵鋰表面位能分布狀態(tài)，提高鋰離子在材料中的高速傳輸，所得磷酸鐵鋰正極材料具有電子和離子電導(dǎo)率高，比容量高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為鋰離子動(dòng)力電池的正極材料使用。

本發(fā)明提出的一種雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將低軟化點(diǎn)瀝青和混合溶劑混合后，再依次加入鋰源、鐵源和磷源，然后球磨，烘干，惰性氣體保護(hù)下燒結(jié)得到碳包覆磷酸鐵鋰預(yù)燒物；

S2、將碳包覆磷酸鐵鋰預(yù)燒物和高軟化點(diǎn)瀝青混合，惰性氣氛下升溫，保溫，再升溫，保溫碳化，冷卻得到雙層瀝青碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。

優(yōu)選地，S1中，低軟化點(diǎn)瀝青的軟化點(diǎn)為60～120℃。

優(yōu)選地，S1中，混合溶劑由水與醇類化合物按體積比為1：1混合得到。

優(yōu)選地，醇類化合物為甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、新戊醇中的至少一種。

優(yōu)選地，S1中，鋰源為碳酸鋰、氧化鋰、磷酸二氫鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰中的至少一種。

優(yōu)選地，S1中，鐵源為草酸鐵、磷酸鐵、磷酸亞鐵、磷酸亞鐵銨、三氧化二鐵中的至少一種。