[发明专利]一种纳米片微球状锂离子电池阴极电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源领域，特别涉及一种纳米片微球状锂离子电池阴极电极材料的制备方法，具体说是碳包覆橄榄石型LiFePO₄多级结构纳米片微球的制备方法。

背景技术

强有力的能源保障已经成为人类社会的持续快速发展的重要保障。现代社会中，生产、生活和交通服务已经成为耗能的主要领域。目前，不可再生的矿物质能源支撑着世界的运行，其不可再生性，有限性，以及严重的环境问题使人们对新型高能能源的要求越来越迫切。而已经广泛应用于便携电子产品的锂离子电池，因其能量密度高、安全性能好、储存时间长、工作温度范围宽、环境友好等优势，已成为发展新型高能能源的方向。其中，发展高性能锂离子电池阴极材料成为发展高功率锂离子电池的重要途径。Goodenough等报道的LiFePO₄以其较高的理论容量(170mAh/g)，稳定的结构使其成为高功率动力锂离子电池阴极材料的最佳候选材料[A.K.Padhi，K.S.Nanjundaswarmy，J.B.Goodenough，J.Electrochem.Soc.，1997，144，1188]。但因LiFePO₄导电性差，大大限制了这种阴极材料在动力电池中的应用。改善LiFePO₄导电性的常见手段，一般是通过制备粒径小且分布窄的LiFePO₄纳米晶粒并包覆碳材料，但高结晶度的LiFePO₄往往需要在较高的温度下(＞600℃)热处理很长时间(＞8小时)，这往往使得LiFePO₄晶粒较大，分布较宽，同时结构塌陷、团聚严重，降低了其电化学性能。同时，单一结构的纳米颗粒或纳米球比表面积很大，包覆过程需要大量的碳，降低了材料的放电容量，低密度的碳同时也降低了材料的能量密度。

利用还原剂低温还原Fe³⁺前驱体，混合蔗糖保护还原来的无定形Fe²⁺产物，真空下快速高温结晶，可以对LiFePO₄晶粒的结构进行设计合成，制备出粒径分布窄，结构塌陷少，团聚率低，具有多级结构的碳包覆LiFePO₄晶粒，继而充分利用其纳米表面的优势，改善电化学性能，正是解决上述问题的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米片微球状锂离子电池阴极电极材料的制备方法，其特征在于所述纳米片微球状锂离子电池阴极电极材料为碳包覆的橄榄石型LiFePO₄多级结构纳米片微球，先对NH₄FePO₄交替进行热处理和酸洗处理，制备具有多孔结构的FePO₄·H₂O纳米片微球，然后室温下用LiI的乙腈溶液还原，最后混合蔗糖，在真空中高温烧结获得，具体制备步骤包括：

(1)磷酸铁纳米片微球制备工艺：首先将20-30g FePO₄·4H₂O、5-8g(NH₄)₂SO₃·H₂O以及1.5-3mL浓度为25wt％的的氨水在100mL去离子水中充分混合，然后在45-70℃下回流搅拌5-8小时，通过抽滤用去离子水反复洗涤，50-60℃下干燥8-12小时获得产物(NH₄)_xFePO₄其中0＜x＜1；经过180-210℃热处理2小时后，释放出的氨气和水汽，通过表面溢出铵根离子的钝化作用使FePO₄纳米微晶生长成为纳米圆片，而铵根、水分子以及磷酸根形成的氢键则以不同角度链接这些纳米圆片，得到了磷酸铁的纳米片微球；用0.5-1g磷酸铁的纳米片微球和0.1mol/L的稀盐酸100mL混合搅拌4小时后，在380-500℃下保温24小时，得到具有多孔结构的磷酸铁纳米片微球；