[發明專利]一種硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711266488.2
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108039466B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 郭鈺靜;樊少娟;楊茂萍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發明公開了一種硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：按鋰元素、鐵元素、磷元素摩爾比為1?1.05：1：1稱量鋰源、鐵源和磷源；將鋰源、鐵源、磷源濕法球磨，烘干后破碎制得LiFePO₄前驅體；將LiFePO₄前驅體加入管式爐中，在保護性氣氛下，以2?8℃/min的速率升溫到680?750℃保溫煅燒6?12h，停止通入保護性氣氛，加入硅源和鈦源后進行沉積反應5?30min，然后在保護性氣氛下煅燒0?6h后冷卻至室溫得到所述硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料。本發明提出的硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其過程簡單，改善磷酸鐵鋰材料的電子傳導性能，提高了其倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池用正極材料技術領域，尤其涉及一種硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池技術的發展，二次鋰電池已廣泛應用于電子產品、電動汽車、混合動力汽車、大型電網和新能源儲能裝置等領域。與其他鋰電池正極材料相比，磷酸鐵鋰具有高的安全性，循環壽命長，比容量高，穩定性好，資源豐富，價格低廉，無毒環保等特點，被廣泛認為最具有發展前景的鋰電池正極材料之一。此外，磷酸鐵鋰具有良好的高溫循環性能且不發生爆炸。磷酸鐵鋰也是大型鋰離子電池組極佳的正極材料，在大型動力電池方面有較大的應用空間。

然而，具有橄欖石結構的磷酸鐵鋰的自身結構特征決定了充放電過程中鋰離子只能沿著(010)方向一維傳導，從而導致較低的電子導電率(10^-9-10^-10S·cm^-1)。低的電子導電率限制了磷酸鐵鋰電池的高倍率充放電性能，從而限制了磷酸鐵鋰在要求大電流快速充放電領域的應用。目前解決此問題最常見的方法是表面碳包覆技術。盡管碳包覆能一定程度地改善磷酸鐵鋰的電池性能，但在實際生產中碳包覆存在較多的難題和挑戰。例如，當碳含量較低時不能在磷酸鐵鋰表面形成完整均勻的包覆層，不能得到足夠的導電性能；隨著碳含量的增高，包覆層增厚，不但降低了活性物質的振實密度而且阻礙了鋰離子的擴散通道。

硅化鈦化合物不僅具有優良的導電性，并且硅化鈦化合物具有極高的化學穩定性和耐腐蝕性，不容易分解，作為改性物質不會因為產生雜質而影響主反應的進行。由于以上性能，硅化鈦化合物對于磷酸鐵鋰電池材料改性有著十分顯著的效果。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其過程簡單，能改善磷酸鐵鋰材料的電子傳導性能，提高了其倍率性能和循環性能。

本發明提出的一種硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、按鋰元素、鐵元素、磷元素摩爾比為1-1.05：1：1稱量鋰源、鐵源和磷源；將鋰源、鐵源、磷源濕法球磨，烘干后破碎制得LiFePO₄前驅體；

S2、將S1中的LiFePO₄前驅體加入管式爐中，在保護性氣氛下，以2-8℃/min的速率升溫到680-750℃保溫煅燒6-12h，停止通入保護性氣氛，加入硅源和鈦源后進行沉積反應5-30min，然后在保護性氣氛下煅燒0-6h后冷卻至室溫得到所述硅化鈦包覆磷酸鐵鋰復合材料。

優選地，在S1中，所述鋰源為碳酸鋰、醋酸鋰、草酸鋰、磷酸二氫鋰、氫氧化鋰中的一種或者多種的混合物。

優選地，在S1中，所述鐵源為三氧化二鐵、四氧化三鐵、氧化亞鐵、氫氧化鐵、磷酸鐵、草酸亞鐵中的一種或者多種的混合物。

優選地，在S1中，所述磷源為磷酸二氫鋰、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或者多種的混合物。

優選地，在S2中，所述保護性氣氛為氮氣氣氛或氬氣氣氛。