[发明专利]一种高容量锂离子电池正极材料LiFePO4/C及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及一种高容量锂离子电池正极材料磷酸铁锂及其制备方法。

背景技术

随着便攫式电子产品、电动工具等在市场上的广泛应用，锂离子电池行业呈现出迅速发展的态势。LiCoO₂作为目前应用最多的锂离子正极材料具有工作电压高,充放电电压平稳,适合大电流放电,比能量高,循环性能好等优点，但LiCoO₂实际比容量仅为理论容量的50%左右,钴的利用率低,抗过充电性能差,在较高充电电压下比容量迅速降低。另外钴资源匮乏,价格高,因此在很大程度上限制了钴系锂离子电池的使用范围,尤其是在电动汽车和大型储备电源方面受到限制。LiNiO₂合成条件苛刻，难于实现工业化，且该材料本身存在安全性能等问题，阻碍了其实际应用。LiMnO₂安全性能好、价格便宜、且环境友好，但该材料理论容量仅为148mAh/g，而且在充放电过程中易发生结构畸变,造成容量迅速衰减,特别是在温度较高时的使用条件下,容量衰减更加突出，所以很难推广应用。

LiFePO₄作为锂离子二次电池正极材料具有资源丰富,价格便宜,无吸湿性,无毒,环境友好,热稳定性好,安全性高等优点，倍受人们的青睐。LiFePO₄具备橄榄石晶体结构, 理论容量为170mAh·g^–1,有相对于锂金属负极的稳定放电平台3.4V。LiFePO₄具有非常稳定的充放电电压平台，主要是由于LiFePO₄晶体中2个Fe原子和一个P原子共用一个O原子,Fe-O-P的诱导效应削弱了Fe-O键的强度,而聚阴离子团PO₄^3- 使LiFePO₄结构稳定,并降低了Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电对的费米能级,从而增加电极电位。尽管LiFePO₄ 结构紧密,但在很大程度上,LiFePO₄的循环性能良好。这主要是由于LiFePO₄ 与FePO₄结构相似,锂离子脱出/嵌入后,LiFePO₄晶体结构几乎不发生重排。

LiFePO₄在循环和安全方面的优异性能已得到业界公认，目前，LiFePO₄的合成主要是以固相法为主，以锂的碳酸盐（或氢氧化物、磷酸盐）、亚铁盐（草酸亚铁、乙酸亚铁、磷酸亚铁）、磷酸盐（磷酸二氢铵、磷酸氢二铵）为原料混合，在惰性气体保护条件下，将原料先低温煅烧再高温煅烧，经过二次烧结合成LiFePO₄。合成的LiFe₂PO₄大都是由无规则的颗粒组成,粉体材料的堆积密度较低(振实密度为1.0~1.4g/cm³),导致LiFePO₄的实际比容量较低，这就很大程度的限制了它的使用范围。因此，优化合成工艺，提高LiFePO₄的比容量对于LiFePO₄在锂离子二次电池中的应用十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量锂离子电池正极材料LiFePO₄/C及其制备方法，要解决的技术问题是提高LiFePO₄材料的实际比容量，降低材料的生产成本，并适合工业化生产。

一种高容量锂离子电池正极材料LiFePO₄/C，其特征是：原材料为磷酸铁、碳酸锂、有机碳；碳酸锂、磷酸铁和有机碳，其配比按摩尔比Li:Fe:P:C=（1.0~1.2）:1:1:（0.6~1.2），其中：C为有机碳中的C；通过湿相球磨混料，球磨后的浆料经烘干、粉碎、造粒，混合原材料经过自动粉体压片机进行压片，将原料压片放入惰性气氛炉中，碳热还原一次烧结合成，对合成的材料进行粉碎后通过气流粉碎分级、过筛，得到颗粒均匀的材料。

根据所述的一种高容量锂离子电池正极材料LiFePO₄/C，其特征是：所述的湿相球磨方法中的溶剂采用无水乙醇，其重量为混合料总重量的2~3倍。