[发明专利]用于制备经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的方法。

背景技术

随着移动装置技术的发展和消费的提高，对于作为电源的二次电池的需要突然提高。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池被商品化并且被广泛使用。

普通锂二次电池使用锂钴氧化物(LiCoO₂)作为正极(cathode)活性材料的主要组份。然而，由于含有锂的钴氧化物不稳定且昂贵，所以难以大量制造包含其的锂二次电池。

近来，磷酸铁锂(LiFePO₄)化合物被视为用于锂二次电池的适当的正极活性材料，所述磷酸铁锂化合物具有相对于锂约3.5V的电压、3.6g/cm³的高体积密度和170mAh/g的理论容量，以及良好的高温稳定性，且比锂钴氧化物便宜。

作为制造磷酸铁锂化合物的方法，已知的为固态反应法或液态反应法如水热合成法或超临界水热合成法。近来，开发出了使用非水溶剂如乙二醇或二乙二醇作为反应溶剂的醇热合成法。根据水热合成法和超临界水热合成法，磷酸铁锂纳米粉末的制备是在高温和高压条件下进行的，这引起安全性问题。另外，根据醇热合成法，磷酸铁锂纳米粉末的粒度和粒度分布的控制可能是困难的。

与包含锂的其它正极活性材料相比，磷酸铁锂具有相对较低的导电性。特别地，钴酸锂(LiCoO₂)具有约10^-4S/cm的导电性且锰酸锂(LiMn₂O₄)具有约10^-5S/cm的导电性。相反，磷酸铁锂的导电性为10^-9S/cm，这小了约10000倍以上。因此，有必要将正极材料粒子制备为小纳米尺寸的粒子从而补充磷酸铁锂材料的低导电性，且有必要在正极材料粒子的表面上形成具有良好导电性的导电层从而增加导电性。

发明内容

技术问题

本发明的一方面提供一种用于制备包含在粒子上形成的碳涂层的磷酸铁锂纳米粉末的方法，通过使用新型反应容并且通过实施如下两个简单的步骤可以控制所述粒子的粒度和粒度分布：1)短时间内制备作为磷酸铁锂纳米粉末的前体的纳米种粒子，和2)对该纳米种粒子进行热处理。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种用于制备经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的方法，所述方法包括：(a)通过将锂前体、铁前体和磷前体添加到反应溶剂中制备混合物溶液；(b)将该反应混合物置于反应器中并且进行反应从而制备非晶质磷酸铁锂纳米种粒子；和c)对磷酸铁锂纳米种粒子进行热处理，由此制备其中粒子的一部分或全部表面涂布有碳的磷酸铁锂纳米粉末。

根据本发明的另一方面，提供通过所述方法制备的经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末和包含其的正极活性材料。

根据本发明的还另一个方面，提供包含正极活性材料的正极和包含该正极的锂二次电池。

有益效果

根据本发明的用于制备经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的方法，通过实施两个简单的步骤可以在短时间内制备包含在粒子上形成的碳涂层的磷酸铁锂纳米粉末，同时可以控制粒度和粒度分布。

包含由此制备的磷酸铁锂纳米粉末作为正极活性材料的锂二次电池具有良好的容量和稳定性。

附图说明

图1为磷酸铁锂纳米种粒子的X-射线衍射(XRD)图，所述磷酸铁锂纳米种粒子为磷酸铁锂纳米粉末的前体并且是根据本发明的实施方式(实施例1)制备的；

图2为磷酸铁锂纳米种粒子的扫描式电子显微镜(SEM)照片，所述磷酸铁锂纳米种粒子为磷酸铁锂纳米粉末的前体并且是根据本发明的实施方式(实施例1)制备的；

图3说明经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的X-射线衍射(XRD)图，所述经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末是根据本发明的实施方式(实施例1a、1b和1c)通过改变热处理的温度而制备的

图4说明经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的扫描式电子显微镜(SEM)照片，所述经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末是根据本发明的实施方式(实施例1a、1b和1c)通过改变热处理的温度而制备的

图5为根据本发明的一个实施方式(实施例1c)制备的经碳涂布的磷酸铁锂纳米粉末的透射式电子显微镜(TEM)照片；

图6为根据本发明的一个实施方式(实施例2)制备的磷酸铁锂纳米粉末的X-射线衍射(XRD)图；

图7为根据本发明的一个实施方式(实施例2)制备的磷酸铁锂纳米粉末的扫描式电子显微镜(SEM)照片；