[发明专利]一种锂离子二次电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池技术领域，特别涉及一种高导电性的锂离子二次电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于具有高电压和高能量密度的优势，已成为应用范围最广的二次电池之一。随着便携式电子设备的微型化和长待机的不断发展，人们对作为便携式电子设备的电源的锂离子电池的能量密度（尤其是体积能量密度）提出了越来越高的要求。

自从1997 年Padhi 等首次报道了磷酸铁锂（LiFePO₄ ）能可逆地嵌入和脱嵌锂离子、可作为锂离子电池正极材料以来，LiFePO₄就引起了人们的广泛关注。LiFePO₄具有安全、环保、价格低廉、理论比容量高和性能稳定等一系列优点，有可能成为下一代锂离子电池尤其是锂离子动力电池的理想正极材料。但是纯LiFePO₄的电子电导率极低，从而导致其大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性能差。因此，提高LiFePO₄的导电率是LiFePO₄的主要研究方向，提高其导电率的途径一般包括掺杂和包覆。

目前，一般采用有机或无机碳源直接包覆磷酸铁锂，这样会提高磷酸铁锂的导电性，但是由于锂元素和磷酸根的影响会使其生成的包覆层完整度不够，还会生成大量导电性较低的无定形碳，从而影响电池的容量。如采用申请号为200410039176.4的中国专利申请所公开的方法制备的材料在低电流密度下进行放电时具有较高的容量，但是在高电流密度下进行放电时容量损失就达到20%左右。

有鉴于此，确有必要提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，采用该方法制备的正极材料具有很高的导电性，从而使用该材料制成的电池具有良好的倍率性能、循环性能和较高的容量。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，采用该方法制备的正极材料具有很高的导电性，从而使用该材料制成的电池具有良好的倍率性能、循环性能和较高的容量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，先将非化学计量的正极活性物质和石墨烯化催化剂溶解在水中，使得石墨烯化催化剂包覆在非化学计量的正极活性物质表面，然后通过喷雾干燥获得混合物颗粒；喷雾干燥能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发和粉碎等工序，从而可以节约成本。

第二步，将第一步得到的混合物颗粒和有机溶剂置于反应容器中，于180-500℃下分散5min-20h，过滤，洗涤，真空干燥，得到渗碳的正极活性物质粉末。

第三步，在惰性气体或还原性气体的氛围下，对第二步得到的正极活性物质粉末在500-800℃下进行烧结处理，使得石墨烯化催化剂与非化学计量的正极活性物质相熔成晶体，以在正极活性物质表面包覆上石墨烯层，得到正极材料。具体的，有机溶剂在石墨烯化催化剂的作用下热分解成石墨烯。正极材料具有核壳结构，核为正极活性物质，壳为石墨烯。

作为本发明锂离子二次电池正极材料的制备方法的一种改进，所述非化学计量的正极活性物质为LiFe_xPO₄、LiCo_xO₂ 、Li₂Mn_xO₄、LiNi_xO₂、Li₂Fe_xSiO₄、Li₃V_2x（PO₄）₃和LiFe_yMn_zPO₄中的至少一种，其中，0.9＜x＜0.99，0.9＜y+z＜0.99，即正极活性物质为过渡元素缺失的物质，优选为LiFe_xPO₄，因为石墨烯层的添加对LiFe_xPO₄的导电性的改善效果最为显著。