[发明专利]磷酸铁锂铝碳复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

一种锂离子动力电池正极材料及其制备方法， 尤其是涉及一种磷酸铁锂铝碳复合正极材料及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂正极材料是目前最具潜力的动力电池正极材料之一。但磷酸铁锂的锂离子化学扩散系数和电子电导率太低，导致了材料的理论容量不能得到最大限度的释放，从而限制了磷酸铁锂材料的实际应用。为了改善和提高磷酸铁锂的导电性，目前对磷酸铁锂进行改性的方法中，采用包覆导电剂的方法主要有碳包覆、新型导电材料包覆或金属包覆几种方法。如中国专利CN101494288A公开的磷酸铁锂制备方法是将碳源分成两步加入到前驱体中，且先加小分子碳源，后加有机高分子聚合物碳源，由于有机碳在碳化温度不高的情况下很难得到高导电性能的包覆层，因此，此种方法包覆的碳并不是最佳的导电剂；中国专利公开号CN101162776A所述磷酸铁锂是以锂铁磷酸盐为基体，基体外包覆有纳米炭材料微粒、纳米金属或/和纳米金属氧化物导电层形成微粒，此发明所加入的金属、金属氧化物均以离子形式进入到磷酸铁锂的晶格中，使得部分掺杂金属会对磷酸铁锂材料的性能起到不利影响。CN101339988A公开了以磷酸铁锂电极材料为表面包覆纳米Cu的磷酸铁锂，但由于正极电位高，导致包覆的纳米铜易氧化，从而导致锂离子与氧化铜发生嵌锂发应，对材料性能产生不利影响，从而不适合磷酸铁锂商业化的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂铝碳复合正极材料及其制备方法，以实现较大幅度提高磷酸铁锂的导电性，显著改善磷酸铁锂的低温性能，且工艺简单，成本低廉，适合于工业化生产。

本发明的磷酸铁锂铝碳复合正极材料是在磷酸铁锂或晶格中掺杂有金属离子的磷酸铁锂的表面均匀包覆有铝单质和碳复合微粒构成的导电层，所述铝单质占复合材料重量百分比的0.1～10%；所述碳复合微粒占复合材料重量百分比的0.1～10%。

所述掺杂有金属离子的磷酸铁锂中金属离子的掺杂量是Li或Fe摩尔分数的0～5%。

所述铝单质为纳米铝粉、细微铝粉、高纯球形铝粉、片状铝粉、铝粉浆中的一种或多种；所述碳复合微粒是通过有机碳源复合的，所述有机碳源是葡萄糖、蔗糖、酒石酸、尿素、柠檬酸、葡萄糖酸、纤维二糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇、可溶性淀粉、酚醛树脂、环氧树脂中的一种或多种。

所述金属离子是金属氧化物或金属盐，它们是氧化钛、氧化镁、氧化钴、氧化铝、氧化铬、二氧化锰、四氧化三锰、五氧化二铌、氧化钇、氢氧化镁、碳酸镁、硬脂酸镁、磷酸二氢镁中的一种或多种。

本发明的制备方法，包括以下步骤：

1）将锂盐、二价铁盐、磷盐按照化学计量比加入到分散剂或有机碳源溶剂中，采用湿法球磨0.5～48小时至浆料；其中分散剂的量是根据混合设备要求的浆料粘度而定，有机碳源添加量为最终生成磷酸铁锂理论含碳量为0.1～10wt%；

2）将步骤1）所得浆料分离后，在干燥器中干燥5～20小时，得到含水率小于或等于0.5%干燥的混合物；

3）将步骤2）所得产物，放入反应炉内在惰性气氛保护下250～800℃下恒温处理4～30小时，物料在炉内自然冷却，得到碳包覆或未包覆碳的磷酸铁锂半成品；

4）将步骤3）所得的磷酸铁锂半成品称重；加入半成品重量分数的0.1～10%的铝单质；将未包覆碳的磷酸铁锂半成品加入到有机碳源溶剂中，有机碳源添加量为使最终生成磷酸铁锂理论含碳量为0.1～10wt%；对于碳包覆半成品则加入到分散剂或有机碳源溶剂中，其中分散剂的加入量根据混合设备要求的浆料粘度而定；有机碳源添加量为使最终生成磷酸铁锂理论含碳量为0.1～10wt%，使有机碳源添加总量不超过使最终生成磷酸铁锂理论含碳量为10wt%；采用湿法球磨0.5～48小时至浆料；

5）将步骤4）所得浆料球料分离后，不干燥或在干燥器中干燥至全干或半干状态；

6）将步骤5）中所得产物放入反应炉内；在惰性气氛保护下于660～900℃下恒温处理4～30小时；

7）物料在炉内自然冷却，对产物进行粉碎处理，最终得到磷酸铁锂铝碳复合正极材料。

所述步骤（1）中包含Li或Fe摩尔分数的0～5%的金属氧化物或金属盐。

所述分散剂为水、无水乙醇或丙酮。

本发明的方法还可以通过以下方法来实现：包括以下步骤：

1）将锂盐、三价铁盐、磷盐按照化学计量比加入到有机碳源溶剂中，采用湿法球磨0.5～48小时至浆料，有机碳源添加量为使最终生成磷酸铁锂理论含碳量为0.1～10wt%；

2）将步骤1）所得浆料分离后，在干燥器中干燥5～20小时，得到含水率小于或等于0.5%干燥的混合物；