[發明專利]一種多孔鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810902603.9
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109019549A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蕪湖彰鴻工程技術有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發明公開了一種多孔鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。首先通過向磷酸亞鐵鹽與鋰源的水溶液中加入表面活性劑和添加劑，制備得到前驅體溶液，前驅體溶液再在高溫煅燒下形成最終的多孔磷酸鐵鋰鋰離子電池正極材料。表面活性劑的加入避免了產物的團聚，使得最終產品的分散性良好；易分解氣化的添加劑的加入，可在煅燒的過程中氣化分解，實現了磷酸鐵鋰的多孔化。利于電解液的充分滲入，進而提高了鋰離子的傳導效率，降低鋰離子電池內阻，從而獲得循環性能好，能量密度高的鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備技術領域，具體涉及一種多孔鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池是迄今為止通用性最強，適應性最廣的二次電池。鋰離子電池作為新型綠色電源具有許多優異的性能，如能量密度高、循環壽命長、開路電壓高、無記憶效應、安全無污染等優點。鋰離子電池是由正、負極電極材料組裝的，而正極材料作為不可或缺的一部分，對電池的性能有重要影響。

在眾多的正極材料中，具有橄欖石型結構的磷酸鐵鋰LiFePO4(LFP)以其低廉的價格、安全環保、較高的比容量、穩定性好等優勢，受到越來越多的熱捧。但是常規的磷酸鐵鋰的制備方法中，所得到的磷酸鐵鋰材料的顆粒大小不均勻，且容易出現團聚的現象，這樣會嚴重影響鋰離子的擴散速率和電導率，進而影響電池的性能。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多孔鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。該方法操作簡單，合成效率較高。

本發明采取的技術方案為：

一種多孔鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將磷酸亞鐵鹽與鋰源溶解于去離子水中，并向其中加入表面活性劑和添加劑，調節pH為4.5～5.2，得到混合前驅體溶液；

S2、將混合前驅體溶液在惰性氣體與氫氣和混合氣的保護下，于660～700℃煅燒10～14h，冷卻后，粉碎至粒徑為80～120目；即可得到所述多孔鋰離子電池正極材料多孔磷酸鐵鋰。

所述添加劑為碳酸氫銨、草酸、碳酸銨、草酸銨、草酸氫氨、硝酸銨中的一種或多種。所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種。

所述磷酸亞鐵鹽為八水合磷酸亞鐵或四水合磷酸亞鐵。

所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸一氫鋰或磷酸二氫鋰中的一種。

步驟S2中，所述惰性氣體為氮氣；所述氮氣與氫氣的體積之比為92～95:5～8。在惰性氣體中摻入少量的氫氣可避免在高溫煅燒的過程中亞鐵離子發生氧化。

步驟S1中，所述磷酸亞鐵鹽與鋰源的物質的量之比1:1.0～1.2。這樣的摩爾比可保證生成的最終產物為LiFePO₄。

步驟S1中，所述磷酸亞鐵鹽在去離子水中的濃度為0.2～0.5mol/L.

步驟S1中，所述添加劑在混合前驅體溶液中的終濃度為5～10mg/L；所述表面活性劑在混合前驅體溶液中的終濃度為3～8mg/L。

所述八水合磷酸亞鐵的制備方法為：

A、分別將硫酸亞鐵和磷酸氫二鈉溶解于去離子水中，分別得到硫酸亞鐵溶液和磷酸氫二鈉溶液；

B、向三口燒瓶中加入去離子水、醋酸鈉和抗壞血酸，攪拌使其完全溶解；

C、將三口燒瓶放入水浴鍋中，設定溫度為45～60℃，在攪拌的情況下，分別將步驟A中的硫酸亞鐵溶液和磷酸氫二鈉溶液同時滴加到三口燒瓶中，控制滴加速度在3～5滴/s，滴加完成后反應4～8h；

D、將產物抽濾，經水和乙醇洗滌，即可得到所述八水合磷酸亞鐵。