[發明專利]一種制備鋰電池用粒徑可控磷酸鈷鋰復合正極材料的方法

有效

• 申請號: 201811538394.0
• 申請日: 2018-12-16
• 公開（公告）號: CN109449431B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 蔣濤
• 申請（專利權）人: 江西華昊新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌卓爾精誠專利代理事務所(普通合伙) 36133
• 代理人: 徐柳華

本發明涉及鋰電池正極材料的技術領域，提供了一種制備鋰電池用粒徑可控磷酸鈷鋰復合正極材料的方法。該方法先制備了粒徑大小及分布均可控的SiO₂粒子，然后以SiO₂粒子為模板制得空心氮摻雜碳顆粒，進一步在碳顆粒的中空孔中形成聚噻吩摻雜磷酸鈷鋰，制得氮摻雜碳層為殼、聚噻吩摻雜磷酸鈷鋰為核的復合正極材料。與傳統方法相比，本發明的制備方法，既實現了對磷酸鈷鋰粒徑大小及分布的有效控制，又提高了材料的導電性和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰電池正極材料的技術領域，提供了一種制備鋰電池用粒徑可控磷酸鈷鋰復合正極材料的方法。

背景技術

鋰電池是二次化學電源中性能極為優異的電池，能量密度、循環壽命等性能占優使鋰離子電池成為發展趨勢。鋰電池的性能主要取決于所用電池內部材料的結構和性能。鋰離子電池的原材料主要包括正負極材料、電解液、電極基材、隔離膜和罐材等。其中，正極材料是鋰電池中最為關鍵的原材料，由于正極材料在鋰離子電池中占有較大比例（正、負極材料的質量比例為3:1~4:1），因此高性能的正極材料的研究一直是鋰離子電池行業發展的重點。

目前正在使用和開發的鋰電池正極材料中，以過渡金屬氧化物所表現出的性能最佳。其中，磷酸鈷鋰具有工作電壓和能量密度高、安全性好等優點。其合成方法有很多，主要有固相反應法、溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法、微波法、噴霧熱分解法等。由于粒徑尺寸的分布對于正極材料的性能有著重要的影響，因而改進材料的合成方法，控制材料的顆粒尺寸及尺寸分布，制備分散性能好的材料，提高Li⁺的擴散速率，是優化磷酸鈷鋰正極材料綜合性能的關鍵。

中國發明專利申請號201611005490.X公開了一種磷酸鈷鋰正極材料的制備方法。該材料同時包覆碳和石墨烯，其中碳和石墨烯均有特定含量，其制備方法經球磨混合和超聲處理，并對灼燒溫度和時間作了合理限定。該發明的方法可改善磷酸鈷鋰正極材料的導電性，但無法對粒徑大小及分布進行有效控制。

中國發明專利申請號201510973998.8公開了一種石墨烯復合碳包覆磷酸鈷鋰材料及其制備方法與應用。石墨烯復合碳包覆磷酸鈷鋰材料由磷酸鈷鋰與石墨烯和碳組成，磷酸鈷鋰與石墨烯和碳三者之間通過原位共生復合，石墨烯與原位生成的碳構成三維導電網絡。方法一：將鋰源、鈷源、磷源和有機碳源，溶于水中，得溶液A；將石墨烯分散于無水乙醇中，得溶液B；將溶液A和B混合，噴霧干燥后得前驅體粉末，在保護氣氛下煅燒，然后冷卻至室溫，即得。方法二：將鋰源、鈷源、磷源溶于水中，噴霧干燥后得磷酸鈷鋰前驅體；將磷酸鈷鋰前驅體與石墨烯和有機碳源混合后，在保護氣氛下煅燒，然后冷卻至室溫，即得。該發明的方法雖然提高了磷酸鈷鋰正極材料的導電性和循環穩定性，但依然存在粒徑分布性差的缺陷。

綜上所述，現有技術制備磷酸鈷鋰的方法，難以實現磷酸鈷鋰粒徑大小及分布的有效控制，而且磷酸鈷鋰材料本身具有導電性和循環穩定性較差的缺陷，因此，開發一種粒徑大小及分布可控、導電性及循環穩定性良好的磷酸鈷鋰正極材料，有著重要的意義。

發明內容

現有技術制備磷酸鈷鋰的方法，難以實現磷酸鈷鋰粒徑大小及分布的有效控制，而且磷酸鈷鋰材料本身具有導電性和循環穩定性較差的缺陷。本發明提出了一種制備鋰電池用粒徑可控磷酸鈷鋰復合正極材料的方法，可制得粒徑大小及分布均可控的磷酸鈷鋰正極材料，并提高了材料的導電性和循環穩定性。

為實現上述目的，本發明涉及的具體技術方案如下：

一種制備鋰電池用粒徑可控磷酸鈷鋰復合正極材料的方法，所述磷酸鈷鋰復合正極材料制備的步驟如下：

（1）將氨水、乙醇、去離子水按一定的體積比例混合，磁力攪拌40~60min，然后加入正硅酸乙酯，加熱并攪拌反應，反應完成后冷卻至室溫，采用乙醇和去離子水反復洗滌，50~60℃下真空干燥8~12h，制得粒徑大小及分布均可控的SiO₂粒子；