[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体来说涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米带及其制备方法和采用该材料制备的锂离子电池，属于动力电池技术领域。

背景技术

1997年，Goodenough等人首次报道了橄榄石型结构的LiFePO₄能可逆地嵌入和脱出锂离子，可用作锂离子电池正极材料(Electrochem.Soc.，1997，144(4)：1188-1194)。由于LiFePO₄具有良好的安全性，循环性、热稳定性，同时又具有无毒、无污染、原材料来源丰富且价格低廉等优点，该材料被认为是极有可能替代现有材料的新一代正极材料，受到国内外科学工作者的广泛关注。

橄榄石结构的LiFePO₄是一种基于铁的化合物，相对于其他基于Co、Ni和Mn的化合物价格更为低廉，而且无毒性无污染。目前，LiFePO₄的主要合成方法有高温固相法、碳热还原法、微波法、水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法及喷雾干燥法等。合成的LiFePO₄多为球形颗粒和棒状结构。Goodenough、Ki-Won Kim等课题组采用高温固相法合成了类球形的LiFePO₄(J.Electrochem.Soc.，1997，144：1609～1613；Journal of Power Sources.2008，179：340～346；Ionics，2009，15：689～692)；Hui-ping Liu等以NH₄H₂PO₄，Li₂CO₃和Fe₂O₃为原料，乙炔黑和葡萄糖为碳源，采用碳热还原法制备了LiFePO₄/C粉末，并研究了其电化学性能(Journal of Power Sources，2008(184)：469～472)；Higuchi等分别以碳酸锂和磷酸铵作为锂源和磷源，铁乳酸盐和铁醋酸盐为铁源，采用家用微波炉在惰性气氛中煅烧固体前驱物制备了LiFePO₄(J.Power Sources，2003，119～121：258～261)；Hongli Zou等以FePO₄为铁源，葡萄糖为碳源，采用微波法成功的制备了结晶良好的LiFePO₄/C纳米粒子，粒径为50-100nm(Materials Research Bulletin，2010，45：149～152)；Youyong Liu等采用平均分子量为30000的PEG为碳源制备了碳包覆的LiFePO₄纳米球，在0.1C、1C、5C倍率下首次放电量分别为146、128和113mAh/g(Electrochimica Acta，2010，55：3921～3926)；Yang等采用水热法成功制备了LiFePO₄，水热条件为120℃，反应5h(Electrochem.Commun.，2001，3：505～508)；Chi-Wi Ong等利用共沉淀法，以几种有机物作为碳源在750℃下焙烧8h得到结晶良好分散均匀的LiFePO₄纳米颗粒，粒径为200nm左右(Journal of Electrochemical Society，2007，154(6)：A527～A533)；日本的Haoshen Zhou课题组采用静电纺丝技术合成了内层为碳纳米管，中间为LiFePO₄与无定形碳的混合物，外层为无定形碳的三层结构纳米线(ACS Applied Materials Interfaces，2010，2(1)：212～218)；中国科学技术大学的汪龙采用静电纺丝技术制备了LiFePO₄/C薄膜(中国科学技术大学博士学位论文，2010)。

发明内容