[發(fā)明專利]一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711346793.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108110238A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 谷亞男
• 申請（專利權(quán)）人: 大連智訊科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 盤錦大工智訊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 徐淑東;崔雪

本發(fā)明提供一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1、按化學(xué)計量比稱取碳酸鋰、磷酸鐵、碳源，裝入球磨罐中，加入適量的無水乙醇(AR)，球料質(zhì)量比為3∶1，漿料固含量為40?50％，在球磨機以400?500r/min的轉(zhuǎn)速球磨5?7h，80?90℃下烘干，得到前驅(qū)體；步驟2、將研磨后的前驅(qū)體置于管式爐中，在氮氣氣氛下，升溫至500℃保溫5h，再720℃保溫10h，合成出碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。該方法以磷酸鐵為鐵源和磷源、碳酸鋰為鋰源，分別以葡萄糖、酚醛樹脂、抗壞血酸和淀粉為碳源合成碳包覆磷酸鐵鋰復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池正極材料技術(shù)，尤其涉及一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

LiFePO4正極材料具有安全性能好、循環(huán)壽命長、原料來源廣泛、價格低廉等優(yōu)點，在電動汽車和智能電網(wǎng)領(lǐng)域有著廣闊的市場前景。但是LiFePO4正極材料存在兩個突出的缺點：低的鋰離子遷移速率和低的電子電導(dǎo)率。這些缺點也是限制LiFePO4正極材料成功走向?qū)嶋H應(yīng)用的最大障礙。因此，如何提高磷酸鐵鋰材料的電子和離子電導(dǎo)率一直是電源界的研究熱點。目前研究的主要方法包括：合成形狀規(guī)則、尺寸大小均一的LiFePO4納米顆粒，通過減小磷酸鐵鋰材料的顆粒尺寸來縮短鋰離子在其中的遷移距離，從而提高其電化學(xué)性能；在磷酸鐵鋰材料的合成過程中，通過導(dǎo)電添加劑的引入，如碳、金屬納米顆粒、導(dǎo)電聚合物等，在磷酸鐵鋰材料顆粒表面及顆粒之間形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的導(dǎo)電性能；通過離子摻雜技術(shù)，提高磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率，從而提高材料的電化學(xué)性能。

目前主流制備磷酸鐵鋰的方法，按鐵源種類劃分可分為磷酸鐵、草酸亞鐵和氧化鐵三種。其中磷酸鐵與磷酸鐵鋰正交晶系結(jié)構(gòu)相似，體積變化小，采用磷酸鐵為鐵源和磷源制備磷酸鐵鋰，可得到較優(yōu)的電化學(xué)性能。然而磷酸鐵鋰存在電子電導(dǎo)率低、鋰離子擴散系數(shù)低等缺陷，阻礙了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。改性方法大致分為金屬離子摻雜、納米化和表面包覆等三種。碳是常見的磷酸鐵鋰表面包覆物，而碳的來源、包覆方式、包覆量及加入方式對磷酸鐵鋰材料性能有較大的影響。鄭國瑞等采用共沉淀法，改變檸檬酸的加入量來控制FePO4·xH2O的形貌特征和粒徑大小，減少材料團聚，合成出的磷酸鐵鋰0.1C倍率下放電比容量達到160mAh/g。張艷敏等采用二步方法，考察蔗糖、聚乙二醇和乙炔黑對LiFePO4/C電化學(xué)性能的影響，以蔗糖為碳源制備LiFePO4/C電化學(xué)性能最好，碳含量相對較高，包覆均勻。

迄今為止，人們在磷酸鐵鋰材料納米化、包覆和摻雜改性等方面做了大量研究工作，取得了很好的成果，磷酸鐵鋰材料已經(jīng)逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用。但是與市場需求相比，磷酸鐵鋰材料及其電池性能仍然需要進行持續(xù)的改進和提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對目前磷酸鐵鋰正極材料的諸多問題，提出一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，該方法以磷酸鐵為鐵源和磷源、碳酸鋰為鋰源，分別以葡萄糖、酚醛樹脂、抗壞血酸和淀粉為碳源合成碳包覆磷酸鐵鋰復(fù)合材料。結(jié)果表明，所得產(chǎn)物均為橄欖石型磷酸鐵鋰，以葡萄糖為碳源可得到粒度較小分布均勻的材料。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、按化學(xué)計量比稱取碳酸鋰、磷酸鐵、碳源，裝入球磨罐中，加入適量的無水乙醇(AR)，球料質(zhì)量比為3∶1，漿料固含量為40-50％，在球磨機以400-500r/min的轉(zhuǎn)速球磨5-7h，80-90℃下烘干，得到前驅(qū)體；

步驟2、將研磨后的前驅(qū)體置于管式爐中，在氮氣氣氛下，升溫至500℃保溫5h，再720℃保溫10h，合成出碳包覆磷酸鐵鋰正極材料(LFP/C)。