[发明专利]一种高倍率LiFePO4/介孔碳复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高倍率LiFePO₄/介孔碳复合材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。 

背景技术

锂离子电池中的正极材料LiFePO₄，工作电压适中(3.4V)，平台特性好，电压稳定，理论比容量高(170mAh/g)，结构稳定，安全性能好，原料来源丰富，绿色环保，在用作电动自行车、电动摩托车、混合动力车、纯电动车的电动力源已经电动工具方面具有广阔的应用前景。然而，由于LiFePO₄低的本征电子和锂离子扩散速率，导致其在高倍率下充放电性能差，实际比容量低，而且在充放电过程中伴随着材料体积的膨胀和收缩，这限制了锂离子电池在高倍率下充放电性能与循环稳定性，目前的LiFePO₄在大倍率下的还难以满足动力电源的综合性能要求。因此需要寻找一种方法来同时提高LiFePO₄锂离子电池的电子导电率和锂离子扩散速度，尤其是显著改善其在高倍率下的充放电性能。利用介孔碳作为导电剂和模板，可以同时提高复合材料的导电性能和控制LiFePO₄的粒径以提高锂离子扩散速度。 

Yang M and Gao QM J Alloys Compd 509(2011)公开了用有序介孔碳作为硬模板和导电骨架，采用乙醇作为溶剂，用溶液蒸干法原位合成了LiFePO₄/C复合物，但是有序介孔碳的合成难，用其作为模板剂难以工业化，而且有序介孔碳的孔结构容易破坏，导致LiFePO₄颗粒团聚，在一定程度上影响LiFePO₄/C复合物的电化学性能。潘中来(CN，100546077C)用LiFePO₄前驱体和多孔碳在位合成得到LiFePO₄/多孔碳复合物，用乙醇或者丙酮作为溶剂，研磨成均匀的流变态，直接烧结得到LiFePO₄/多孔碳复合物，此种方法溶剂对环境有污染，而且即使能使多孔碳与LiFePO₄接触更加全面，但不能保证LiFePO₄都在多孔碳的孔隙中，可是得到的LiFePO₄/多孔碳复合物结构不均匀，是LiFePO₄和多孔碳的物理混合以及部分LiFePO₄沉积到多孔碳孔隙中的混合结构。郭华军(授权公告号：CN101320821B，授权公开日：2010.07.14)用LiFePO₄和碳气凝胶按照一定比例混合制成的具有电容器和锂离子电池特征的储能器件，只是LiFePO₄和碳气凝胶的简单物理混合。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高倍率性能好的LiFePO₄/介孔碳复合材料及其制备方法，使得这种材料同时具有高导电率，高锂离子扩散速度以及存储电解液的丰富空间，从而获得良好的高倍率性能。 

本发明其技术原理包括： 

(1)用介孔碳材料作为硬模板，有效地控制LiFePO₄晶粒大小，从而减小LiFePO₄的粒径，缩短锂离子传输距离，提高锂离子扩散速率。 

(2)LiFePO₄/介孔碳材料中的介孔碳具有三维网络结构和很高的电导率，用其作为导电骨架，电子通过导电骨架可以快速地传输到LiFePO₄表面，从而提高了整个电极材料的电导率。 

(3)控制LiFePO₄/C复合正极材料中介孔碳与LiFePO₄的质量比，以保留介孔碳的形貌、大的比表面积和丰富的孔容，有利于存储更多电解液，从而增大活性材料与电解液之间的接触面积，提高材料的利用率。与此同时，介孔碳很高的表界面可以进行锂离子的吸附和脱吸附，对比容量有一定的贡献。