[发明专利]一种在锂离子电池中磷酸铁锂正极表面沉积硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的技术领域,涉及一种在磷酸铁锂正极表面沉积硅薄膜的方法以改善电池的高倍率充放电性能，尤其是用于改进磷酸铁锂的充放电性能。

背景技术

锂离子电池是一种优越的电池体系，具有工作电压高、能量密度高、无污染和循环性能好等优点，广泛应用于便携式数码设备、电动工具和武装设备等移动电子终端设备领域，在电动车方面也具有广阔的发展前景，被认为是21世纪队国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。比较于其它正极材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3、LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiFeSiO₄等，橄榄石型磷酸铁锂由于具有原料来源丰富、比容量高、工作电压高和结构稳定等优点，被认为是锂离子动力电池的理想正极材料。自1997年美国德克萨斯州立大学Goodenough（“Phospho-olivines as Positive-Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries” Journal of The Electrochemical Society, 144 (1997) 1188-1194）研究小组报道了磷酸铁锂的可逆嵌脱锂特性以来，该正极材料得到了极大重视、广泛研究和迅速的发展，目前已进入实用阶段。

但由于磷酸铁锂本身晶体结构的限制，电子电导率低(室温下为10^-9～10^-10 s/cm)和锂离子扩散系数( 10^-14～10^-16 m²/s)，导致磷酸铁锂在大电流充放电时产生可逆容量损失。目前报导的关于提高磷酸铁锂的方法主要为表面炭包覆、表面金属包覆和体相掺杂其它金属原子等。体相掺杂Fe²⁺可以提高材料的离子电导率，体相掺杂Li⁺则是提高母体颗粒内电子电导率。碳包覆不仅可以增强母体颗粒之间的导电性，还能为磷酸铁锂提供电子通道，补偿Li⁺脱嵌过程中的电荷平衡。在中国发明专利 “一种核壳型纳米级炭包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法”（ 申请号200710050029.0）中，提出了以改性淀粉为制备了电化学性能优良的核壳型纳米级炭包覆磷酸铁锂复合正极材料。中国发明专利 “掺杂的磷酸铁锂活性物质与碳组成的正极材料及制备方法” （申请号200710172797.3），通过固相反应、水热法及溶胶凝胶法合成了Li_3+yFe_2-xMe(PO₄)₃ (Me=Ti、Sc、Ge、Al、Zr、Mn、H_f、Nb、Ta、Mo、W、Ru、Ag、Sn、P_b) 正极材料,材料结晶结构更稳定，具有良好的循环性能和比容量保持性。美国发明专利 “Lithium iron phosphate cathode material”（专利号：7,722,848）提出多次热处理磷酸铁锂提高材料电导率，改善材料的电化学性能。总而言之，通过表面修饰和体相掺杂金属原子，使锂离子的嵌入、脱嵌变得容易。

磷酸铁锂性能（尤其是高温倍率性能）的改善主要通过表面修饰其他材料实现，但其对表面修饰工艺参数的选择十分敏感。现阶段关于通过在磷酸铁锂电极片表面修饰来改善电池电化学性能的报导还很少见。相比于炭，硅，特别是非晶态或无定形硅，与电解液的相容性好，且与锂反应的电势约为220 mV，安全性能好，是理想的表面修饰材料。然而，纯粹的硅薄膜在锂离子电池领域中不会有太大的发展空间。将非晶硅植入锂离子电池正极材料，可以做到优势互补，有希望研发出具有优良电化学性能的正极材料。

发明内容

本发明的目的在于通过在锂离子电池磷酸铁锂正极表面沉积一层非晶态或无定形态硅薄膜，进而解决磷酸铁锂的高倍率充放电和热稳定性能的技术问题。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：

1、炭包覆磷酸铁锂正极材料的制备