[发明专利]一种锂离子电池中的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池中的磷酸铁锂复合正极材料的的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着环境污染、能源危机与资源短缺等问题的日益突出，世界各国越来越高度重视高效、清洁、可再生能源以及电动汽车、电动自行车、便携式电动工具等相关技术的发展，它们的发展与动力电池息息相关。目前电动交通工具用的动力电池主要为铅酸电池和镍氢电池。现在人们已认识到铅的毒害问题，铅酸电池的使用开始受到限制；而镍氢电池的能量密度不能满足快速发展的市场需求，因此人们必须重新选择与开发新型能源存储器件。在快速发展的电动汽车、电动自行车、便携式电动工具等市场的推动下，新兴的绿色动力型储能器件成为全球高科技产业关注的热点。

液态锂离子动力电池是近年来发展起来的新型绿色储能器件，锂离子电池因其高能量密度相对较高、高倍率放电性能较好，引起了人们的广泛关注。而正极材料是锂电产业中极为关键的组成部分，其性能和质量直接影响到锂离子电池的容量、寿命、安全性等重要性能，因此，研究和开发更为高效、安全的正极材料，是提高锂离子电池的功率密度、循环性能、安全性能的重要途径，是满足日益发展的动力型锂离子电池市场对电池性能要求的重要手段。

橄榄石型LiFePO₄自1997年由Goodenough首次报道以来，由于其安全性能好、循环寿命长、原料来源广、环境友好等特点，被公认为是动力锂离子电池理想正极材料，也成为世人关注的“热点”。然而，LiFePO₄作为正极材料的显著缺点是本征电子电导率较低(10^-8～10^-10S/cm)及锂离子扩散速率小(1.8×10^-14cm²/s)，从而导致该材料在充放电过程中电子不能及时随锂离子一起从电极中脱出和嵌入，导致较大的容抗，严重影响其电化学性能，使其难以得到实际应用。目前，对LiFePO₄的研究重点放在提高其导电性能上，一方面采用添加导电剂和离子掺杂来提高材料的电子导电性，另一方面用控制材料颗粒尺寸、提高工作温度的方法来提高离子扩散速率。CN200610041396公开了一种碳包覆的方法，制得的产物以0.2C倍率充放电，其比容量达到147mAh/g，循环30次的容量保持率为94.56％；CN200710173591公开了一种导电网络包覆的方法，所得的产物电子电导率高、振实密度高，适合用于大倍率充放电；CN200710008713公开了一种磷位掺杂的方法，所得的产物初始可逆容量高，循环性能好；CN200510132429公开了一种稀土元素掺杂的方法，制得的产物循环电性能和电池容量有了显著提高；CN200810029616公开了一种纳米级磷酸铁锂的制备方法，所得的产物颗粒细小、均匀，具有较高充放电容量、良好倍率性能和良好循环性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池中的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法。本发明的磷酸铁锂复合正极材料具有良好的导电性能，从而提高电池的可逆容量、倍率性能及循环寿命等其他电化学性能。本发明的方法还具有简单，实用的特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明的一种锂离子电池磷酸铁锂复合正极材料，在磷酸铁锂正极材料的颗粒间隙填充金属纳米线、金属氧化物纳米线中的一种或两种；或是在磷酸铁锂正极材料的颗粒间隙及在颗粒表面，填充和覆盖有金属纳米线、金属氧化物纳米线中的一种或两种。

所述的金属纳米线选自铜纳米线、银纳米线、镍纳米线、铝纳米线、锌纳米线、锡纳米线、镁纳米线、钛纳米线中的一种或两种；金属氧化物纳米线选自氧化铝纳米线、氧化铜纳米线、氧化镁纳米线、氧化钛纳米线、氧化铬纳米线、氧化镍纳米线、氧化锆纳米线、氧化锌纳米线中的一种或两种。

本发明的制备方法，包括以下步骤：将磷酸铁锂正极材料分散于有机溶剂中，然后加入占磷酸铁锂正极材料重量百分比为0.2-5.0wt％的纳米线，该纳米线为金属纳米线、金属氧化物纳米线中的一种或两种，通过超声搅拌使其均匀混合，随后干燥得到纳米线复合的磷酸铁锂正极材料，最后经退火得到磷酸铁锂复合正极材料。

所述退火的温度为100-500℃，退火时间为1-10h。

本发明具体包括以下步骤：

(1)将锂源化合物、铁源化合物及磷源化合物按摩尔比1～1.2∶1∶1的比例混合，再在其中加入碳源，以丙酮或无水乙醇为介质，以转速300-500r/min高速球磨6-48h，在50-80℃下干燥后制得混合物；