[发明专利]一种以碳黑为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正及材料和电化学领域,具体地说是一种能够工业化生产的碳包覆磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂（LiFePO₄）是一种具有橄榄石结构的锂电池正极材料，具有物料来源广泛、价格低廉、无毒性、无环境污染、能量密度高（理论比容量为170mAh/g）、晶格稳定性好等优点。锂离子的嵌入和脱出对磷酸铁锂晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性及长的使用寿命。磷酸铁锂安全的性能与长的循环寿命使其成为近年来的研究热点，世界各国正竞相实现产业化生产。然而，磷酸铁锂由于电子导电率和离子扩散率上的不足，限制了其大规模应用。为此，人们通过在材料表面包覆导电材料、掺杂进行材料改性、减小磷酸铁锂的尺寸等方法来解决这些问题。

目前，制备磷酸铁锂的方法很多，有高温固相法，机械化学活化法，碳热还原法，水热法，溶胶-凝胶法，共沉淀法，乳液合成法等。高温固相法采用的亚铁盐易氧化，价格较贵，制备的产物颗粒不均匀，晶形无规则，实验周期长。水热法亚铁盐也易被氧化，沉淀阶段的pH难以控制，反应过程放出氨气。碳包覆磷酸铁锂的合成一般分为两种，一种是往制备好的磷酸铁锂中加入碳源，分两步合成碳包覆磷酸铁锂；另外一种是在制备磷酸铁锂前先加入碳源，一步合成碳包覆磷酸铁锂。目前针对碳包覆磷酸铁锂合成的专利文献有《一种LiFePO₄/C的制备方法》（中国专利号：200910060398），该专利是将锂源、铁源、磷源及抗氧化剂、沉淀剂、晶体诱导剂共混，在高压反应釜中高温反应制得磷酸铁锂，在所制得的磷酸铁锂中加入有机碳源，加热制得碳包覆磷酸铁锂。该过程需要在高压反应釜中进行，制备过程比较繁琐。《一种碳包覆的磷酸铁锂的制备方法》（中国专利号：200710156819.7），该专利是将有机物碳源和三氧化二铁、磷酸、掺杂元素、锂源混合，高温下直接制备碳包覆磷酸铁锂。该过程需要在500-800℃的高温下反应，制备条件要求高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种操作简单、价格低廉的制备碳包覆磷酸铁锂的方法旨在解决了磷酸铁锂电子电导率低，锂离子扩散慢等问题，而且采用的是价格低廉的前驱物，降低了生产成本，可进行(可)大(可小)规模工业化生产。

     本发明一种以碳黑为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法,具体步骤如下：

（1）将硝酸铁、磷酸二氢铵、柠檬酸按摩尔比为1～3：1～3：1～3 混合均匀，形成混合物；

（2）在搅拌的作用下，按摩尔比Fe：Li为1～3：1～1.5的比例缓慢滴加1-10 M醋酸锂溶液，滴加速度为0.5滴/秒，形成混合物料；

（3）将混合物料加热到50~80℃，当溶液开始变浑浊时，将碳黑浸渍到溶液中搅拌5分钟，然后再超声5分钟，所用超声波的功率为100W，频率为40KHz，依照上述条件依次搅拌、超声循环3~5次；

（4）将搅拌超声后的混合物料在50~80℃下以300 - 1500 rpm的速度磁力搅拌加热，直至溶液变为泥浆状；

（5）将所得泥浆状物料再次超声、搅拌循环3~5次，所用超声波的功率为100W，频率为40KHz，每次搅拌时间5分钟。放入恒温100~140℃的烘箱中烘干；

（6）将烘干后的材料研磨12~20小时，研磨后材料的粒径为100-300nm；

（7）将所得粉体材料放入通有氩气的管式炉中，采用三段温度煅烧，分别为200-300℃1小时，300-400℃1~3小时，600-700℃ 6~10小时，得到碳包覆磷酸铁锂粉体材料。

    所述的磁力搅拌是在常州国华电器有限公司 85-2恒温磁力搅拌器中进行。

    本发明一种以碳黑为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法其优点是由于采用离子化的原料，利用柠檬酸进行螯合，实用碳黑进行溶液—浸渍，使合成的碳包覆磷酸铁锂材料合成简便，成本低廉,颗粒细小、均匀、粒径为100-300nm、纯度高、比容量高，安全性能和电池性能等得到了显著的提高，能够符合商业化要求。制备过程简单，在化学实验室即可完成，可进行(可)大(可小)规模工业化生产。

附图说明

图1是实例1中合成C/LiFePO₄的扫描电子显微镜(SEM)表征图；

图2是实例2中合成C/LiFePO₄的SEM表征图；

图3是实例1中合成C/LiFePO₄的X-射线粉末衍射(XRD)表征图；