[发明专利]一种碳包覆铈修饰磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种碳包覆铈修饰磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

发展电动汽车首选电池为锂离子电池。因为，锂离子电池是新一代的绿色、高能电池，具有工作电压高、能量密度高、电化学循环性能好、自放电小、无记忆效应、实际工作温度范围广等诸多优良特点。锂离子电池实现商品化生产以来，就广泛应用于各种电动工具、移动电话、个人电脑、数码设备、电子仪表、军用便携式装备等。1997年Padhi的开拓性研究揭开了对橄榄石型LiFePO₄研究的序幕。LiFePO₄具有较高的理论比容量(170mAh/g)、适中的电压平台(3.4V左右)、优良的循环性能、丰富的原料来源、低廉的价格以及良好的安全性、环保性等优点。 

但是LiFePO₄自身也有较为明显的缺陷，其电子电导率和离子扩散率很低，这极大地限制了其在大电流充放电条件下的使用。目前针对LiFePO₄的研究主要集中在如何提高其电子电导率和离子扩散率。总结近些年的研究，主要的改性方式主要包括以下三个方面：一是细化颗粒尺寸，优化形貌，减少Li⁺扩散路径。二是进行碳包覆，以提高颗粒间的电子电导率。三是通过高价金属离子掺杂来提高其离子扩散率。 

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种碳包覆铈修饰磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有良好导电性能和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种碳包覆铈修饰磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）铈修饰磷酸铁锂材料

将LiOH、FeCl₂、H₃PO₄(85wt%)和CeF₃按照Li：Fe：P：Ce=3:1:1.01-1.015:0.01-0.015的物质的量比进行称量，将LiOH和H₃PO₄溶于去离子水搅拌均匀形成一种乳状溶液一，然后将FeCl₂和CeF₃缓慢溶于去离子水搅拌均匀形成另一种溶液二，将两种溶液混合，其中FeCl₂的浓度为0.5-0.55mol/L，用氨水调节混合溶液的PH值为7.5-8.5；

然后将混合溶液迅速转入装有特氟龙罐的反应釜中，然后将反应釜置于恒温炉中，控制加热温度为200-210℃，加热时间为6-8h，水热反应之后，去除反应产物的上层清液，剩余部分采用抽滤的方式，分别用去离子水和乙二醇反复清洗4-5次，之后将滤饼放置在真空干燥箱中，60-80℃下，干燥5-6h；

将干燥后的粉体放入瓷舟内，转入气氛炉中进行煅烧，控制热处理温度为700-800℃，恒温时间为3-4h，升温速率为5-10℃/min，气氛由氢气体积含量为3-5%的氮气提供，得到铈修饰磷酸铁锂材料； 

 （2）碳包覆

按质量比2-3:3-5:100分别称取柠檬酸晶体、乙炔黑和上述铈修饰磷酸铁锂材料放于氧化锆球磨罐中，加适量无水乙醇，球磨1-2h，将球磨后的浆料喷雾干燥，所得粉体放入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉的炉管中，以5-10℃/min的升温速率至800-900℃，然后恒温6-8h，用3-4h降到室温，得到碳包覆的铈修饰磷酸铁锂复合正极材料。

本发明制备的锂离子电池用碳包覆铈修饰磷酸铁锂复合正极材料，将磷酸铁锂铈掺杂改性以提高其离子扩散率，然后再在其表面形成一层均匀的碳导电网络，以提高其导电率，使得其具有良好的导电性能和循环稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较快的充放电速率容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

将LiOH、FeCl₂、H₃PO₄(85wt%)和CeF₃按照Li：Fe：P：Ce=3:1:1.01:0.01的物质的量比进行称量，将LiOH和H₃PO₄溶于去离子水搅拌均匀形成一种乳状溶液一，然后将FeCl₂和CeF₃缓慢溶于去离子水搅拌均匀形成另一种溶液二，将两种溶液混合，其中FeCl₂的浓度为0.5mol/L，用氨水调节混合溶液的PH值为7.5。