[发明专利]锂离子电池正极材料LiFePO4/C的两步碳热还原制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法，属于电化学储能材料技术领域。

背景技术

电池作为一种化学能源直接被应用到各种装置中，在各个领域都具有举足轻重的作用。近几年电子信息产业飞速发展，以及对清洁交通能源的渴望，人们越来越重视二次电池的发展。锂电池以其比能量大、自放电率小、循环寿命长、无记忆性等多方面优势在各方面超越了铅酸、镍镉以及镍氢电池。1997年，A.K. Padhi等人发现LiFePO₄能用作锂离子电池的正极材料后，各界学者对橄榄石型LiFePO₄进行了广泛的研究。LiFePO₄具有原料来源广泛、高容量、成本低、对环境友好、热稳定性和循环稳定性好等诸多优点，有很大希望成为新一代二次锂离子动力电池正极材料。但LiFePO₄具有电导率差的缺点，人们通过对其进行碳包覆生成LiFePO₄/C复合材料来增加其电导率。

目前，工业生产中LiFePO₄/C的合成方法主要是通过固相合成法，通常的固相合成法合成工艺简单，并且工艺较成熟，但是此方法使用二价铁源作为反应物，由于二价铁价格较高并且产物纯度不易控制，从而使成本增加，另外需要对生成的LiFePO₄进行二次热处理才能实现碳包覆过程，增加工序，限制了其在锂离子电池中的使用。碳热还原方法合成工艺简单，而且可以在合成的同时进行原位碳包覆，无需再次热处理；并且碳热还原方法使用三价铁源作为原料，降低成本。但是碳热还原反应需要将原料在高温下进行长时间保温，至使材料颗粒增大，粒径不容易控制，影响LiFePO₄/C材料的性能，并且造成能源的浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决碳热还原反应生成LiFePO4/C时需要长时间保温，致使材料粒径增大、浪费能源的问题，提供了一种用于锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法，其具体实施步骤如下：

1)        第一步烧结

混合磷源与铁源，经球磨后，在惰性气体保护下煅烧，得到反应前驱物。

2)        第二步烧结

将1)中制备的前驱物与碳源和锂源混合后再次球磨，在氮气保护下煅烧，最终得到LiFePO₄/C材料。

所述的磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵及其他磷酸盐，所述的铁源为三氧化二铁或其他三价铁化合物，所述的锂源为氢氧化锂或一水合氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂及其他锂盐，所述的碳源为蔗糖、焦炭、葡萄糖或柠檬酸等含碳物质，所述的惰性气体可以为氮气、氩气、或氮气与氩气的混合气。

步骤1)中煅烧温度为300~600℃，保温3~6小时。磷源中磷酸根与铁源中铁元素的摩尔比为0.6~1.2:1。碳源加入量的计算方法为碳源中所含碳元素的质量是理论生成LiFePO₄质量的3~15wt%，或碳源完全分解后理论生成的碳质量为理论生成LiFePO₄质量的3~15wt%；锂源加入量的计算方法为锂源中锂为磷源中磷酸根摩尔数的1~1.5倍。步骤2)中，煅烧温度为600~800℃，煅烧时间为3~6小时。

附图说明

图1：实施例1中前驱物A的X射线衍射图谱

图2：实施例1中制备的LiFePO₄/C的X射线衍射图谱

图3：实施例1中制备的LiFePO₄/C的扫描电子显微镜图谱

图4：实施例1中制备的LiFePO₄/C的透射电子显微镜图谱

图5：实施例1中制备的LiFePO₄/C的充放电性能图谱。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1