[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料的制备方法及磷酸铁锂正极材料

说明书

技术领域

本申请涉及锂离子电池正极材料制备领域，特别是涉及一种磷酸铁锂正极 材料的制备方法，及其制备的磷酸铁锂正极材料。

背景技术

LiFePO₄是目前广泛应用锂离子电池的一种正极材料。1997年LiFePO₄被 提出应用于正极材料，由于其原料来源广泛、价格低廉、环境友好、材料结构 稳定、化学相容性好、循环稳定性突出等优点，具有广泛的应用前景。

但是，纯的LiFePO₄材料存在两个明显的缺点，一是其电导率低，这使其大 倍率充放电性能差，难以适应大电流条件的工作，不利于在动力型电池上的应 用；二是锂离子扩散速率低。目前，提高材料性能的方法主要围绕以下3个方 面：(1)金属离子掺杂提高电子电导率；(2)改进合成方法控制活性颗粒的形 貌和尺寸；(3)表面包覆导电剂，如碳等，提高导电性。LiFePO₄材料的导电性 对锂离子电池的电性能至关重要，为此有大量以提高导电率为目的的研究报道， 其中以包覆的导电材料的种类和形貌为关键。

在包覆碳方面，公开号为CN101546830A的专利公开了一种使用碳纳米管 (CNT)包覆的磷酸铁锂材料，该方法将碳纳米管直接分散到反应物溶液中进 行反应和包覆，得到碳纳米管包覆的磷酸铁锂材料具有良好的倍率和循环性能； 但是该方法是直接将碳纳米管加入到磷酸铁锂反应物溶液中的，容易出现分布 不均匀、团聚等现象，影响磷酸铁锂材料的质量。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的磷酸铁锂正极材料的制备方法，及其制备的 磷酸铁锂正极材料。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括采用固相合成法制 备磷酸铁锂，固相合成法包括球磨混合和高温煅烧，并且，在煅烧时的惰性气 氛中通入乙炔，利用化学气相沉积法，在生成的磷酸铁锂颗粒内部和磷酸铁锂 颗粒之间形成碳纳米管，高温煅烧完成即获得磷酸铁锂正极材料。

需要说明的是，本申请的关键在于，将碳纳米管的化学气相沉积法与磷酸 铁锂的固相合成法巧妙的结合在一起，在同一容器中生成磷酸铁锂颗粒和碳纳 米管，即高温煅烧的时候生成磷酸铁锂和碳纳米管；避免了在磷酸铁锂前驱体 中直接加入成品碳纳米管存在的分布不均和团聚的问题。可以理解，本申请的 关键在于创造性的在磷酸铁锂的固相合成法的高温煅烧中通入乙炔，生成磷酸 铁锂和碳纳米管，因此，生成磷酸铁锂的锂源、铁源、磷酸根源、有机碳源以 及球磨混合、高温煅烧的方法和条件都可以参考常规的固相合成法进行，通入 乙炔生成碳纳米管的具体条件也可以参考常规的乙炔化学气相沉积法制备碳纳 米管的方法进行；但是，为了制备出效果更好的磷酸铁锂正极材料，本申请在 以下的优选方案中分别对锂源、铁源、磷酸根源、有机碳源、球磨混合的溶剂 以及高温煅烧的条件进行了特别限定。

优选的，本申请的制备方法具体包括以下步骤，

(a)按化学计量比称取一定质量的锂源、铁源和磷酸根源加入到溶剂中球 磨混合，之后进行干燥和破碎处理；

(b)将步骤(a)所得粉末在通惰性气体的情况下，升温到400-600℃，然 后，在惰性气氛中通入乙炔，保温0.5-3小时；

(c)取消乙炔气体的通入，再将温度升高为600-900℃，保温2-10小时， 得到粉体的磷酸铁锂正极材料。

需要说明的是，本申请的关键在于在高温煅烧的时候通入了乙炔，使得磷 酸铁锂和碳纳米管可以在同一容器中生成；因此，本申请中“按化学计量比称 取一定质量的锂源、铁源和磷酸根源”可以根据常规的磷酸铁锂固相合成法的 比例要求，根据具体的生产和实践进行调整，在本申请中不做具体限定；同样 的，球磨混合的具体操作、以及步骤(a)中的干燥、破碎处理等也可以参考常 规的生产方式，在此不做限定。

优选的，通入乙炔的体积分数为乙炔和惰性气体总体积的5％-20％。需要说 明的是，乙炔的体积分数直接影响碳纳米管的掺杂量，可以理解，乙炔气体越 多碳纳米管生成量越多，本申请限定的用量范围所制备的磷酸铁锂正极材料能 够有效满足锂离子电池的使用需求。可以理解，在较次的实现方式中，或者其 它特殊的使用目的中，乙炔的用量也可以低于或高于本申请限定的范围。