[发明专利]一种锂离子正极材料LiFePO4/C的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其是涉及采用碳包覆三氧化二铁工艺的一种锂离子正极材料LiFePO₄/C的合成方法。

背景技术

自1997年Googenough发现橄榄石型结构的LiFePO₄以来，由于其具有原材料丰富、价格低廉、环境友好等特点，因此用作正极材料时，具有热稳定性好、循环性能优良和安全性高等优点。但是由于自身组成和结构的特点，决定了其本征电子电导率较低，锂离子在充放电过程的扩散速率较低，这些缺点限制了其大电流充放电能力。因此需要改善LiFePO₄的电子导电性，提高锂离子在充电过程的扩散速率。

目前，制备LiFePO₄的方法主要包括固相法和液相法。固相法适用于大规模的生产，传统的高温固相法一般采用Fe²⁺化合物为铁源，其价格较Fe³⁺化合物高。另一方面，Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺杂质，对LiFePO₄的电性能有不良影响。

美国Valence Technology Inc.公司采用三氧化二铁为铁源，使用高温碳热还原技术，在原料混合时加入过量碳黑制备磷酸铁锂[美国专利US6528033B1,US6702961,US6716372B2]；中国专利CN200410072070.4提出了采用三氧化二铁为铁源，炭黑为还原剂，同时加入具有一定长宽比的炭纤维或者金属纤维，并结合在锂位掺杂金属镁等元素，减低了材料中的炭黑使用量，改善了电极的加工性能；中国专利CN200510015888.7中介绍，采用一步喷雾技术实现LiFePO₄/M_XP，其中：M为Ni、Fe、W、Mo或者Co，x=1或2的低温可控制备工艺，将可溶性铁盐与LiH₂PO₄按化学计量比例混合，或按加入可溶性金属盐、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和NaH₂PO₂·H₂O的混合溶液，在氮气保护下300～500℃喷雾，最后将杂质用去离子水和乙醇洗涤，干燥即可得到LiFePO₄及LiFePO₄/M_xP。

发明内容

本发明的目的是提供工艺路线简单，适用于大规模工业生产，采用碳包覆三氧化二铁工艺的一种锂离子正极材料LiFePO₄/C的合成方法。

本发明包括以下步骤：

1）将三氧化二铁、掺杂金属离子氧化物和有机碳源加水混合，球磨处理后喷雾造粒，得到的粉体在惰性气氛中预处理，得到碳包覆铁源粉体；

2）将磷源溶于水中，加入步骤1）得到的碳包覆铁源粉体，然后加入氢氧化锂，球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；

3）将步骤2）得到的干燥粉体在惰性气氛中处理，再进行高温热处理，经过气流分级即得到锂离子正极材料LiFePO₄/C。

在步骤1）中，所述掺杂金属离子氧化物可选自MnO₂、TiO₂、MgO等中的至少一种；所述有机碳源可采用可溶于水的有机物中的一种，所述可溶于水的有机物可选自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、聚丙烯酸、壳聚糖等中的一种；所述球磨处理的时间可为5～10h；所述预处理的温度可为400～500℃，预处理的时间可为5～8h；

在步骤2）中，所述磷源可采用磷盐化合物，所述磷盐化合物可选自(NH₄)₃PO₄、(NH₄)₂HPO₄、NH₄H₂PO₄、H₃PO₄等中的一种；所述球磨处理的时间可为2～3h。