[发明专利]磷酸亚铁锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池的生产工艺，具体涉及用于锂离子电池正极材料的 磷酸亚铁锂复合材料制备方法。

背景技术

随着工业化、城市化的发展，以及人口数量的膨胀，大量的煤炭和石油等 化石能源被开发，导致大气中CO₂等温室气体含量剧增。统计数据表明，地球 大气中二氧化碳的浓度已由工业革命前的280ppm，上升到380ppm，40年后 将不可避免地达到450ppm。在上个世纪末，地球表面温度上升了大约0.6 度，本世纪预计将上升1.4度到5.8度。在此背景下如何大力发展“零碳排放” 能源就显的非常具有意义。

锂离子电池作为储能设备，将在新能源的开发利用中扮演重要角色。传统 锂离子电池自问世以来一直以钴酸锂(LiCoO₂)正极材料为主导。钴酸锂材料由 于价格昂贵，安全性差等缺点，导致锂离子电池很难在大功率电池领域得到应 用。尖晶石锂锰氧化物(LiMn₂O₄)正极材料虽然价格低廉，倍率性能好，但 其高温循环稳定性差，容量低等缺陷尚无合适的方法加以解决。新一代锂电正 极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)因其理论容量较高，价格低廉，循环性能好等优 点，为大容量锂动力电池的发展和更新展现了广阔空间。

1997年Goodenough小组首次报道具有橄榄石结构的磷酸铁锂能可逆地嵌 入和脱嵌锂离子。该材料具有的无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广 泛、价格便宜等优点为锂离子电池向大功率电池领域发展提供了可能。但是该 材料同时具有以下缺点：表现在：(1)电子电导率低。这导致其倍率充放电 性能差，只适用于小电流工作条件，无法适应大电流条件下的工作；(2)振 实密度低，使该材料制成的电池体积能量密度偏低。

针对以上缺点，广大科研工作者对这一材料进行了改性工作。包括表面碳 包覆，锂位掺杂，铁位掺杂，以及阴离子位掺杂等研究工作，使磷酸亚铁锂的 倍率性能和循环性能得到了一定改善。但到目前为止，仍然没有一种制备方法 可同时解决该材料的倍率性能和振实密度相矛盾的问题。

发明内容

本发明提供一种磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，目的是解决其作为锂离 子电池正极材料时倍率性能和振实密度不能兼顾的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，其工艺步骤依次包括：

(1)按Li⁺∶Fe²⁺∶M∶PO₄^3-摩尔比为x∶y∶z∶w的计量比称取锂盐、 铁盐、掺杂元素化合物、磷酸盐，溶解于去离子水；反应摩尔比的x，y，z和 w值范围分别为：2≤x≤4；0.9≤y≤1.1；0≤z≤0.1；w＝1；反应体系总浓度控制为 1.0～3.6mol/L；

(2)将步骤(1)产物置于超声振荡器中不断搅拌并超声振荡，转速为 20-50r/min，振荡频率为0.5-20MHz，振荡时间10～60min；

(3)调节步骤(2)产物PH值至7-11，并将其置于高压反应釜中，向高 压釜中通入氮气或氩气，密封高压反应釜，并将高压反应釜升温至150～ 200℃，以100～400r/min的速度搅拌，反应3～10h；

(4)取出生成物，过滤，分别用酒精和去离子水洗涤，将洗涤后产物在 70～110℃下真空干燥；

(5)将干燥物放入管式炉中，通入纯氮或纯氩，在300～650℃下进行烧 结3-8h，得球形的磷酸亚铁锂Li_xFe_yM_zPO₄；

(6)将球形的磷酸亚铁锂Li_xFe_yM_zPO₄放入含锡敏化液中，以30-60r/min 的速度进行搅拌并超声振荡5-30min，进行敏化，使磷酸亚铁锂粉体颗粒表面 吸附一层二氯化锡；

(7)将步骤(6)处理后的磷酸亚铁锂过滤、洗涤后放入含钯活化液中， 以30-60r/min的速度进行搅拌并超声振荡5-30min，进行活化，在二氯化锡二 价锡的还原作用下，在磷酸亚铁锂粉体表面沉积一层具有催化活性的钯；