[发明专利]化学气相沉积辅助固相法合成LiFePO4/C材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积辅助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法，也即是制备碳包覆磷酸铁锂电池正极材料的方法。属锂离子电池材料制备工艺技术领域。

背景技术

能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。可持续发展与和谐社会是全人类共同的愿望和奋斗目标。化学电源是一种将化学能直接转变为电能的装置，随着电子技术和信息产业的飞速发展，它在人们日常生活、工业和国防中所起的作用越来越重要。随着技术的不断进步，手机通讯、便携式电器、电动工具日益向小型化、轻型化发展，种类和使用量不断增加，因而电池的需求量不断增加，同时也对化学电源提出了更高的要求。因此，低成本、无环境污染、高比能量、安全性成为化学电源追求的重要内容。

目前锂离子电池正极材料主要集中在具有α-NaFeO₂型结构的材料，包括LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂和LiVO₂等。其中层状结构的锂钴氧(LiCoO₂)是目前唯一已经大规模产业化、商业化的正极材料。但其存在安全性差且Co价格昂贵、资源短缺、污染大等缺点；LiNiO₂成本较低，容量较高(实际容量可达190-210mAh/g)，但存在制备困难，充电状态下不稳定性等问题；近年来人们为解决锂离子电池安全性和价格高问题，对尖晶石结构的LiMn₂O₄研究较多。LiMn₂O₄价格便宜、安全性相对较好，但作为锂离子电池正极材料商品化存在的问题，就是其在充放过程中存在Jahn-Teller效应及Mn²⁺溶于电解液中而损失一部分活性材料，导致放电比容量在多次循环的过程中衰减严重。因此急需开发出一种新型的正极材料来满足日益增长的市场需要。

自1997年Goodenough首次报道LiFePO₄可作为锂离子电池正极材料以来，由于其价格低廉，较高的理论容量，对环境友好，以及良好的循环性能和热稳定性，引起了人们广泛的关注。LiFePO₄理论容量达170mAh/g，对Li⁺/Li电位为3.43V，理论能量密度达580Wh/Kg，是一种极具应用潜力的锂离子电池正极材料。但是LiFePO₄正极材料还存在以下三个方面的问题：(1)合成中Fe³⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到单相的LiFePO₄；(2)LiFePO₄低的电子电导率(10^-9~10^-10S/cm)和锂离子扩散系数(1.8×10^-14cm²/S)，导致其倍率充放电性能极差；(3)振实密度低，导致体积比能量低。这三个问题严重限制了它在混合动力汽车中的应用。人们通过各种方法提高磷酸铁锂的电导率，并取得了重大进展。改进措施主要集中在以下几个方面：通过添加导电剂(碳、金属粉末等)来改善材料的电子导电性；往磷酸铁锂材料中掺入高价杂质金属离子(如Mg²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Mn²⁺等)，使磷酸铁锂本征半导体转变为n型或p型半导体，可将材料的电导率提高8个数量级；通过提高电池工作环境的温度来提高离子扩散速度；通过控制制备材料的粒径，缩短离子迁移路径，以减小离子扩散时间。

目前这种电极材料的制备方法最常见的为固相合成方法，固相法也是最有工业应用前景的方法。由于该方法存在合成温度较高，颗粒大，粒径分布不均匀等缺点而不能完全解决材料固有的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适合工业化生产的有学气相沉积辅助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法。

本发明一种化学气相沉积辅助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.原料前驱体的准备和配合：将含锂化合物、含铁化合物、含磷化合物按锂、铁、磷的化学计量比1∶1∶1的比例称取重量，并掺入一定量的有机前驱体共同均匀混合，构成混合料；将此混合料放在星式球磨机内球磨2～10小时，得到粉状原料前驱体配合料；