[发明专利]一种磷酸铁锂纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池正极材料磷酸铁锂纳米材料的制备领域，特别涉及一种磷酸铁锂纳米材料的制备方法。

背景技术

自从Goodenough等发现磷酸铁锂材料能可逆地嵌入和脱嵌锂离子【Padhi A K,etc，Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithiumbatteries,Journal of theElectrochemical Society,1997,144(4):1188-1194】，可充当锂离子电池正极材料以来,磷酸铁锂正极材料引起了众多的关注。与传统的锂离子二次电源正极材料钴酸锂LiCoO₂、镍酸锂LiNiO₂、锰酸锂LiMn₂O₄相比,橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料具有相对高的比容量(170mAh/g)、稳定的工作电压(3.5V)和较好的循环寿命,并且其原料丰富、价格低廉、热稳定性和化学稳定性好、对环境友好,是极具发展前景的绿色环保能源【Sylvain F,etc,Comparisonbetween different LiFePO₄synthesis routes and their influence on its physico-chemical properties,Journal of Power Sources,2003,119-121:252-257;Andersson A S,etc,The source of first-cyclecapacity loss in LiFePO₄,Journal of Power Sources,2001,97-98:498-502.】。

由于纯的磷酸铁锂自身极低的电子电导率(室温下为10^-9～10^-10S/cm)和锂离子扩散系数(10^-14～10^-16m²/s)【Yamada A,etc,Olivine-type cathodes Achievement s and problems,Journal ofPower Sources,2003,119-121:232-238.】,使其只有在低倍率充放电条件下才有很好的电化学性能,这些严重阻碍了LiFePO₄正极材料的发展。针对这些问题国内外学者进行了大量的研究，结果表明主要有3种方法【王冠,锂离子电池正极材料LiFePO₄制备及其性能研究,上海:复旦大学,2006:14-17；Doeff M M,etc,Optimization of carbon coatings on LiFePO₄,Journal ofPower Sources,2006,163:180-184.】可以对纯磷酸铁锂材料进行改性：（1）在金属表面包覆一层电子电导率高的材料,如炭黑或金属粉末,形成LiFePO₄/C或者LiFePO₄/M的复合材料；（2）在LiFePO₄的锂位或铁位掺杂金属离子,提高材料的本征电导率；（3）合成粒径、形貌均一的纳米尺寸颗粒,改善锂离子的扩散速度。其中只有合成纳米颗粒才不损失理论比容量,并且有助于削弱极化,减小电阻，改善大电流放电能力,同时可以提高磷酸铁锂自身的电子电导率和锂离子扩散系数，这些性能的改善都可以有效的提升电池的电化学性能，所以纳米磷酸铁锂正极材料的合成和制备引起了研究人员广泛的兴趣。Lee等人采用传统的溶胶-凝胶法，制备出了粒径为50～100nm的纯LiFePO₄正极材料，具有优良的电化学性能【Lee S B,etc,Synthesis of LiFePO₄ material with improved cycling performance under harsh conditions,Electrochemistry Communications,2008,10:1219-1221.】。张俊喜等人用一种共沉淀法制备出了晶粒尺寸为20～70nm的纯净LiFePO₄正极材料，同样具有很好的性能【张俊喜,等,一种合成LiFePO₄的新方法,材料研究学报,2008,22(4):439-443】。合成不同尺寸的磷酸铁锂纳米材料有助于研究其性能与颗粒尺寸间的关系，可以推动磷酸铁锂纳米材料的进一步发展。