[发明专利]一种提高锂离子电池正极材料充放电容量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池正极材料充放电容量的方法，具体地说，涉及一种通过锂离子电池导电碳介质对正极材料理论容量提升的方法；属于锂离子电池领域。

背景技术

近年来，国内外新能源发展迅速，特别是电动汽车行业的动力电池，国内目前普遍采用的锂电池正极材料是磷酸铁锂(LiFePO₄)，磷酸铁锂作为一种比较流行的商业化锂离子电池正极材料，具有较低的成本、环境友好、良好的高温和安全性能、相对较高的比容量和稳定的循环性能等优点。随着磷酸铁锂等正极材料的广泛应用，其自身存在的缺点也逐渐显现，所有的正极材料包括磷酸铁锂在内，其充放电比容量都受到理论比容量的限制，这是由于是它们固有的结构所决定的——结构的缺陷或者其他的因素使得Li⁺的嵌入/嵌出量远低于理论比容量。

目前提高磷酸铁锂电化学性能的方法有：碳包覆，金属掺杂和减小磷酸铁锂的粒径。其中，金属掺杂能够增大Li⁺扩散通道和增加磷酸铁锂电池的输出电压。减小磷酸铁锂的颗粒大小能够缩短Li⁺的扩散路径，如CN 103346315 A公开了一种以碳黑为碳源的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法，制备的碳包覆磷酸铁锂的粒径在200nm～400nm。碳包覆大量用于工业化中，因为碳导电层能够提高在充放电过程中电子的迁移速率，如CN 104037413 A公开了一种锂离子电池正极材料碳包覆磷酸铁锂的制备方法，制备得到的磷酸铁锂在0.1C倍率首次放电容量高达155.2mAh·g^-1，0.2C倍率放电容量大于140mAh·g^-1；CN 103456924 A公开了一种以高分子聚合物为碳源二次碳包覆磷酸铁锂复合物的制备方法，0.2C倍率下放电容量到达了140mAh·g^-1；CN 103730657 A公开了一种高性能磷酸锂/碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法，提高了电导率，0.2C倍率下放电初始容量能达到159mAh·g^-1；所述专利碳包覆磷酸铁锂的充放电容量都还是在理论范围容量170mAh·g^-1之内，对于磷酸铁锂的容量提高还有待提高。

目前，碳包覆、金属掺杂和减小磷酸铁锂的粒径等修饰过程都是磷酸铁锂制备后的一次修饰过程，很少有对磷酸铁锂进行二次修饰或者包覆；并且目前市场应用生产的商业化磷酸铁锂的充放电比容量都不超过150mAh·g^-1。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池正极材料充放电容量的方法，所述方法通过对商业化锂离子正极材料进行二次修饰以进一步提高磷酸铁锂的电化学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种提高锂离子电池正极材料充放电容量的方法，所述方法步骤如下：

(1)将导电碳介质分散于有机溶剂中得到悬浮液，对悬浮液进行超声处理≤3h；

其中，所述导电碳介质为科琴黑、碳纳米管、导电碳黑(Super P)、乙炔黑和气相生长碳纤维(VGCF)中的一种以上，有机溶剂为乙醇或甲基吡咯烷酮(NMP)，纯度≥分析纯；

(2)将步骤(1)中超声处理后的悬浮液搅拌≥20h；

搅拌可采用磁力搅拌器进行；

(3)将锂离子电池的正极活性物质干燥粉末在170℃～220℃下搅拌；

(4)将步骤(2)搅拌后的悬浮液以≤1mL/min的速率加入步骤(3)中搅拌的正极活性物质干燥粉末中，干燥，得到粉体；

(5)将步骤(4)得到的粉体进行研磨，并在保护气体条件下于300℃～350℃煅烧3h～5h，得到导电碳介质包覆正极活性物质的复合材料，为充放电容量得到提高的正极材料；

所述保护气体为氩气、氦气或氮气。

有益效果

1.本发明提供了一种提高锂离子电池正极材料充放电容量的方法，所述方法将传统的商业化锂离子电池正极材料进行二次处理后成为导电碳介质包覆正极活性物质的复合材料，相比于现有锂离子电池正极材料具有：更高的充放电容量、更高的倍率、更简单环保的制备工艺以及装置简便等优点；