[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及锂离子蓄电池领域，特别是一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法。

【背景技术】

锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，目前已成为世界各国竞相研究开发的重点。常见的锂离子电池正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，但是LiCoO₂有毒性，容量比较低，原料成本高，而且过充电性能很差；LiNiO₂很难制备，原料成本也比较高，而且制备温度很高，能耗大；LiMn₂O₄在充放电过程中容易发生John-Teller效应，结构不稳定。所以开发一种容量高、价格低廉、制备简单、结构稳定、环境友好的正极材料成为研究的热点。

LiFePO₄是一种新型的锂离子电池正极材料。其理论容量高，具有优良的充放电平台，良好的循环性能，并且价格低廉，环境友好等优点，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。目前已经广泛应用于矿灯等工业生产方面，并逐步应用于笔记本电脑、手机电池等高科技领域，而且有望应用在以锂离子电池为动力的电动汽车上，其前途是不可估量的。

目前磷酸亚铁锂材料的制备方法主要有高温固相烧结法、碳热还原法、共沉淀法、水热法等等。然而这些方法都存在一些固有的缺点，如：合成温度高，合成周期长、控制条件苛刻、成本高以及合成材料的大电流放电能力差等。这些缺点都限制了磷酸亚铁锂的大规模产业化。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法，该锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法合成温度低、合成周期短、条件控制简便、合成方法简单。

本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法。其特征在于以三价铁源化合物、磷酸源化合物、锂源化合物和有机络合剂为原料，按摩尔比三价铁源化合物∶磷酸源化合物∶锂源化合物∶有机络合剂为1∶1∶1∶1～1∶1∶1∶6的比例混合，再加入0～30wt％的碳源化合物，通过溶胶-凝胶法制备的。

锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于制备步骤是：

将三价铁源化合物、磷酸源化合物、锂源化合物、碳源化合物和有机络合剂按比例混合，再加入碳源化合物，加蒸馏水使之溶解形成溶胶，然后在3090℃下恒温加热、搅拌、蒸发0.5-5小时制得凝胶，最后干燥得干凝胶；将干凝胶球磨后放入管式炉中，在惰性气体保护下于300-450℃温度下恒温预烧4-12小时；然后在惰性气体保护下以10℃/min的加热速率升温，升至500-800℃温度后恒温煅烧4-24小时，最后以10℃/min的降温速率冷却至室温，即可得到锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。

本发明具有下述优点：

1、材料制备所需的主要原料来源丰富，价格低廉，成本较低。

2、原料以三价铁为铁源，与二价铁源相比，更容易制备纯度高的材料。

3、本发明采用溶胶凝胶法，操作简单易行，降低了制备温度，降低了能耗，降低了工艺参数，进一步降低了成本。

4、本发明采用溶胶凝胶法，使原料呈分子级混合，混合极其均匀，有利于制备性能均一稳定的材料。

5、制备的材料其放电容量高，0.1C放电时具有平稳的3.4V左右的放电平台，其首次放电比容量超过160mAh/g，当放电倍率分别提高到1C、2C、5C时，其首次放电比容量分别达到143、138、130mAh/g；其循环性能优良，在0.1C-5C放电时，分别循环20个周期后容量基本没有发生显著的衰减。

6、制备的材料结构稳定，电化学性能很好，不含Co、Ni等对环境有较大污染的元素，因而为环境友好型材料，很适合工业化生产。

【附图说明】

图1为实施例1所制备的磷酸亚铁锂正极材料的XRD图；

图2为实施案例2所制备的模拟锂离子电池在不同放电倍率下的首次放电比容量曲线；

图3为实施案3所制备的模拟锂离子电池在不同放电倍率下的循环性能曲线。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】