[發明專利]一種鋰電池用改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810600564.7
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108807904B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 丘煥山
• 申請（專利權）人: 信豐永冠塑電科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 贛州捷信協利專利代理事務所(普通合伙) 36141
• 代理人: 劉花

本發明涉及鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種鋰電池用改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括將質量比(1～2)：1石墨烯和碳納米管投入到溶劑中，并通過超聲初步粉碎處理后，在常溫下混合攪拌4～6分鐘，然后在惰性氣體保護的環境下以2～4℃/min的速度升溫至40～60℃，再保溫4～6h，然后自然冷卻至室溫，得到混合溶液，如此，本申請中，通過使用碳納米管及石墨烯作為改性添加劑，形成一種磷酸鐵鋰正極材料在內，無定型碳包覆在外的結構。磷酸鐵鋰在放電過程中會形成富鋰的化合物，具有很好的離子導電率，同時這些富鋰的化合物能夠對磷酸鋰的表面結構進行修飾，從而使得磷酸酸鋰表面的電子電導率提高。

技術領域：

本發明涉及鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種鋰電池用改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術：

鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料，使用非水電解質溶液的一次電池，與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。鋰電池的發明者是愛迪生。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著二十世紀末微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。磷酸鐵鋰系正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。充電時：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放電時：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4負極，負極材料：多采用石墨。新的研究發現鈦酸鹽可能是更好的材料。負極反應：放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。充電時：xLi++xe-+6C→LixC6放電時：LixC6→xLi++xe-+6C

目前，磷酸鐵鋰材料的合成方法主要分成固相法和液相法。固相法主要是利用鐵鹽、鋰鹽和磷酸鹽，在高溫燒結實現磷酸鐵鋰的合成。液相法是將可溶性鐵鹽、鋰鹽和磷酸鹽溶解在溶劑中，利用離子反應制成磷酸鐵鋰或其前驅體，再通過高溫燒結制成成品。固相法反應簡便，原料容易處理，產率高，但是原料形貌不容易控制，產品振實密度和壓實密度低。例如，發明專利CN101200289、CN1762798、CN101140985等都是采用固相合成工藝路線。一些新的合成方法，如微波合成法(CN101172597、CN101807692A)、超聲共沉淀法(CN101800311A)，都可以歸結到固相合成法中。而液相法需要利用反應釜進行前期處理，同時也需要干燥、過濾等過程，工藝比較復雜。但是產品球形度一般較好，振實密度較高，容量和高倍率性能出色。發明專利CN101172599、CN101047242、CN101121509都是采用以上工藝路線。

磷酸鐵材料的成功應用在于其表面包覆有導電碳層。實際是一種磷酸鐵鋰/碳復合材料。只有包覆了碳的磷酸鐵鋰材料才能正常發揮其電化學性能。但是，一般的工藝加入的碳由于質地疏松，且在磷酸鐵鋰顆粒間呈松散分布，嚴重降低了磷酸鐵鋰材料的堆積密度。

發明內容：

本發明克服現有技術的缺陷，提供一種能夠降低鋰離子在正極材料表面脫出和嵌入過程的極化電阻、提高材料的倍率性能、且均勻致密的改性磷酸鐵鋰正極材料。

本發明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現：一種鋰電池用改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將質量比(1～2)：1石墨烯和碳納米管投入到溶劑中，并通過超聲初步粉碎處理后，在常溫下混合攪拌4～6分鐘，然后在惰性氣體保護的環境下以2～4℃/min的速度升溫至40～60℃，再保溫4～6h，然后自然冷卻至室溫，得到混合溶液；

(2)將磷酸鐵鋰粉碎到粒徑3～6um，并將磷酸鐵鋰投入到攪拌釜中，按照磷酸鐵鋰和蒸餾水的質量比＝1：2～7的比例緩慢添加蒸餾水，并添加偶聯劑和導電劑，快速攪拌10～16min后，將步驟(1)中的混合溶液添加至攪拌釜中，攪拌均勻，得到改性中間體；