[发明专利]一种制备锂离子电池磷酸亚铁锂/碳正极材料的新方法

说明书

技术领域

本发明基于制备高性能锂离子电池材料磷酸亚铁锂/碳复合材料为出发点，开拓磷酸亚铁锂/碳复合材料合成新方法。本发明通过以有机醇和有机酸为分散剂制成溶胶-凝胶，一方面可以制成纳米级分散颗粒，另一方面整个合成过程为绿色工艺，无环境污染，易工业化。

背景技术

在Ni和Co应用于锂离子电池正极材料之后，研究者们开始考虑与Ni、Co很相似的Fe。Fe在地壳中的元素丰度4.75%，排在第四位，远大于Ni、Co的含量。因此，以Fe代替较为稀少的Ni和Co用于锂离子电池材料，具有重要意义。Li(Fe,Mn)PO₄矿石广泛存在于自然界中，有关LiFePO₄磁学性质的最早报道出现在20世纪30年代，结构方面的研究最早出现在20世纪70年代。1997年Goodenough等将LiFePO₄引入锂离子电池。他们发现，LiFePO₄具有可逆的储锂性能，放电平台是3.5V，放电容量接近130mAh/g。由于此类材料具有安全性好、原料廉价易得等优点，近几年来在全球范围内掀起了一场LiFePO₄的研究热潮。目前，Velence Technology 公司和Phostech Lithium 公司等能够提供LiFePO₄样品，国内也已经有很多单位开展了相关研究。与其他正极材料相比，LiFePO₄最突出的优点是安全性好，可以用于大容量电池。

磷酸亚铁锂常规合成方法分为干法 和湿法,其中湿法又可分为水热法 、溶胶- 凝胶法 、乳液干燥法、模板法和共沉定法等。对于磷酸亚铁锂的工业化生产, 首先需要解决的是产品质量的一致性问题。湿法工艺是目前能够解决产品一致性问题的主要手段, 但湿法工艺相对于干法而言工艺条件更加复杂, 对反应装置要求较为苛刻, 且产能还会受到液相含固量的影响。通过对几种湿法工艺的进一步分析, 发现共沉淀法是目前能够有效解决磷酸亚铁锂产品的一致性问题且较有可能实现规模化生产的工艺路线。作为动力电池正极材料之一, 磷酸亚铁锂除了必须保证产品纯度以外, 晶体形貌、振实密度、比表面积等指标的调节和控制对该材料性能的有效发挥也极其重要。目前, 固相生产方法虽然工艺简单、流程较短, 但是产品的一致性不好, 且成品收率较低, 不仅限制了其应用领域的扩展, 同时也增加了生产成本。而液相生产方法由于在前驱体制备阶段就便于实现对产品的形貌和粒径的控制, 因此使改善产品的性能以及保证品质的均一性成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以有机醇为分散剂制备锂离子电池用磷酸亚铁锂/碳复合材料的新方法，具体条件如下：

有机酸混合溶液的制备：将一定量的乙酸铁（或草酸亚铁）和一定量的乙酸锂（草酸锂或氢氧化锂）加入烧杯中，再向烧杯中加入一定量的冰乙酸，超声至溶解，得到A溶液，将一定量的磷酸和一定量的柠檬酸加入烧杯中，再向烧杯中加入一定量冰乙酸的乙醇，超声至溶解，得到B溶液；

溶胶-凝胶的制备：用恒流泵将B溶液缓慢滴入A溶液中，搅拌2h，得到胶体，将胶体至于鼓风干燥箱中在60℃，低温烘干24h得到凝胶;

干燥处理：将得到的凝胶在100℃烘干，得到干燥的固体，取出经研磨粉碎得到前驱体粉末；

磷酸亚铁锂/碳复合材料的制备：取上述前驱体粉末放入陶瓷方舟中，再将陶瓷方舟放入管式炉中，在Ar气氛保护下，采用程序升温的方式升至400℃，保持1h，接着继续升温至700℃，保持12h，在炉中冷却至室温，在焙烧过程中持续通入Ar气，得到碳包覆的磷酸亚铁锂。

方法采用节能、低碳、环保、经济的绿色合成路线，无环境污染，易工业化。

附图说明

图1是合成LiFePO₄/C复合材料的XRD图。

图2是合成的LiFePO₄/C 的红外谱图。

图3是合成的LiFePO₄/C的TEM图。

图4是合成的LiFePO₄/C的充放电曲线图。

图5是合成的LiFePO₄/C的循环寿命图。

具体实施方式

有机酸混合溶液的制备：将2.46g的乙酸亚铁和1.02g的乙酸锂加入100ml烧杯中，再向烧杯中加入100ml的冰乙酸，超声至溶解，得到A溶液，将0.01mol磷酸(85%)和1.137g柠檬酸加入100ml烧杯中，再向烧杯中加入50ml的冰乙酸，超声至溶解，得到B溶液；