[发明专利]一种锂离子电池电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备方法，尤其是将一种新的材料合成方法用于制备锂离子电池电极材料，并首次成功制备出一种新型锂离子电池无定型磷酸盐Fe基正极材料，同时也能用于制备锂离子电池其它正极材料与负极材料的制备，属于锂离子电池材料技术领域。

背景技术

由于化石燃料的日趋减小以及由此带来的全球性的环境与气候问题，特别是近些年新能源汽车的发展，人们迫切需要成本低、安全性良好的清洁型新能源。目前，锂离子电池被认为是具有较高能量密度的新型储能系统来满足人们的这些需要，为混合动力汽车、插入式混合动力汽车及纯电动车提供动力，减少CO₂等气体的排放。锂离子电池的发展，其中材料是关键之一，而正极材料是限制锂离子电池发展的重要因素，它决定着锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等。

目前广泛研究的锂离子电池正极材料主要有三种：层状嵌入化合物LiCoO₂、Mn基尖晶石材料与晶体态LiFePO₄为代表的聚阴离子型化合物。层状LiCoO₂具有制备技术成熟、商业化良好、容量较高等优点，但是其安全性较差，为其实际大规模应用带来一定的限制；Mn基尖晶石材料如LiMn₂O₄具有成本低、原料来源广泛、环境友好、热稳定性好等优点，但是循环稳定性差、容量衰减严重；晶体LiFePO₄具有循环稳定性好、环境友好、成本低、安全性好、电压适中等优点，成为动力电池的首选，但是其具有低的电导率、低的离子扩散系数及较低的密度等缺点。

对原有正极材料进行改性与开发新型正极材料是两个需要同时进行的工作。磷酸盐基材料由于具有良好的稳定性与安全性而受到广泛关注；Fe基材料因其成本低、环境友好等优点也成为研究的重点。利用世界范围内出现的材料合成新技术、新方法将二者相结合开发新型正极材料不仅丰富了正极材料种类，促进锂离子电池的发展，而且也为新材料的研究提供了一种全新的思路。

微流控技术是最近十年才出现的一种新方法，具有良好的传质与传热能力、连续性操作、良好的安全性与精确可控性、反应流体体积微小与产物均一、生产能力容易放大等传统方面不能相比的优点，具有很大的发展潜力与实际应用能力，已经在量子点(如CdS、CdSe、ZnS等)、金属单质(Pt、Pd、Au、Ag、Co等)、简单氧化物(如TiO₂、SiO₂、Fe₂O₃)、及其它化合物(如FeOOH)等材料合成方面得到应用，取得了非常好的实际效果。

发明内容

本发明是将一种新的材料合成方法-微流控技术-引入到锂离子电池领域，首次用于制备锂离子电池电极材料，并成功制备出一种新型锂离子电池无定型磷酸盐Fe基正极材料。微流控法具有良好的传质与传热能力、连续性的操作、良好的安全性、精确的可控性及生产能力容易放大等优点，我们首次用此方法制备锂离子电池正材料；制备的新型Fe基正极材料为无定型态，与传统的晶态LiFePO₄明显不同，其电压平台与充放电机理发生明显改变，所制备的材料为固溶放电，而晶态LiFePO₄为两相放电机制。

本发明提出的制备方法及应用到新型锂离子电池磷酸盐Fe基正极材料的制备方法，采用微流控技术，可以为一级结构流程(如图1)，也可为二级(或多级)结构流程(如图2)，由一级结构串联与并联组成。具体包括如下步骤：

(1)配制前驱体溶液：首先向蒸馏水或去离子水中通入惰性气体如N₂或Ar以除去水中氧气，然后按离子浓度Fe²⁺∶Li⁺比1∶1的比例将亚铁盐和锂盐溶于蒸馏水或去离子水中，得溶液A，并继续通入惰性气体保护，然后密封保存以备用；将磷酸盐溶于同样除去氧的蒸馏水或去离子水中，得溶液B，并继续通入惰性气体保护，然后密封保存以备用。