[发明专利]一步法微波烧结制备锂离子电池正极材料的方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种锂离子电池正极活性物质的制备方法，特别是涉及一种一步法微波烧结锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法。

二、背景技术：

磷酸铁锂锂离子电池是用磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP)材料作电池正极的锂离子电池，是锂离子电池家族的新成员。磷酸铁锂电池的主要优势有：首先是使用安全，磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，磷酸铁锂电池是目前全球唯一绝对安全的锂离子电池，在高温下的稳定性可达400-500℃，保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧；其次，该电池寿命超长，循环使用次数高，在室温下1C充放电循环达2000次，容量保持率80％以上，是目前锂离子电池的2倍以上，同时该电池不含任何重金属与稀有金属，无毒(SGS认证通过)、无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。

由于磷酸铁锂先天性的结构稳定特性，特别是在安全性和循环性能方面具有无可比拟的优势，所以采用磷酸铁锂正极材料的电池主要应用于大型电动车辆(如火车、公交车、叉车、景点游览车、混合动力车和纯电动车等)、军事和航天领域(轮船、潜艇、装甲车、火箭、太空车等)。但由于LiFePO₄本身晶体结构的限制，离子电导率低，高倍率充放电性能差，达不到实际应用的要求。已有研究表明，在LiFePO₄中添加或包覆具有导电性的碳，能够有效提高其电导率。

目前制备LiFePO₄材料的方法有：固相合成法、溶胶-凝胶法、氧化还原法、微波合成法和水热法等。人们对LiFePO₄的固相法合成研究的比较多，但固相法合成时间长，热能利用率低，颗粒不均匀而且易出现Fe的杂质相。对LiFePO₄/C微波合成研究较少，并且使用的是家用微波炉，产量小，反应条件不易控制，难以进行工业化生产。而溶胶-凝胶法的优点是：前驱体溶液化学均匀性好(可达分子级水平)，凝胶热处理温度低，粉体处理性能好，反应过程易于控制，设备简单，但是干燥收缩大、工业化生产难度较大，合成周期较长。

ZL200610125124.8、公开号为CN1964106的专利提出了以FePO₄制备磷酸铁锂的方法，包括将含锂化合物、FePO₄和固态聚乙二醇按一定的摩尔比和添加剂混合，加水调成流变态，然后在惰性气体下进行热处理制备磷酸铁锂。该方法工艺简单，但从反应过程来说，本质上仍然属于固相法，表现为合成时间长、热能利用率低、颗粒不均匀而且易出现Fe杂质相等缺点。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中锂离子电池正极材料磷酸铁锂成本高、性能差的缺点，提供一种反应时间短、工艺简单、能耗低、成本低廉、可广泛用于工业化生产的制备方法。

本发明的技术方案：

一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法，其步骤包括：

(1)将锂源化合物、铁源化合物和磷酸按Li∶Fe∶P的摩尔比为1∶0.8～1.2∶0.8～1.2的比例分别计量，在锂源化合物、铁源化合物中加入碳源化合物，其加入量为制备的正极材料LiFePO₄/C重量的4～40％，然后混合搅拌均匀，得到混合物；

(2)将所述磷酸加入上述混合物中，搅拌均匀，得到膏状前驱体；

(3)将所述膏状前驱体置于非金属器皿中，放入工业微波炉中经微波热处理，制备出LiFePO₄/C。

一种锂离子电池正极材料金属掺杂LiFePO₄/C的制备方法，其特征是：

(1)将锂源化合物、铁源化合物、磷酸和掺杂金属盐按Li∶Fe∶P∶金属离子的摩尔比为1∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.02～0.08的比例分别计量，在锂源化合物、铁源化合物中加入碳源化合物，其加入量为制备的正极材料LiFePO₄/C重量的4～40％，然后混合搅拌均匀，得到混合物；

(2)将所述磷酸和掺杂金属盐混合，搅拌均匀，得到含金属离子的磷酸溶液；再和步骤(1)的混合物混合，搅拌均匀，得到膏状前驱体；

(3)将所述膏状前驱体置于非金属器皿中，放入工业微波炉中经微波热处理，制备出金属掺杂的LiFePO₄/C。