[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料制备方法。

【背景技术】

汽车工业的迅速发展，推动了全球机械、能源、交通等产业的进步和发展，但燃油汽车在造福人类的同时，尾气排放也给人类居住环境造成了严重污染。环保和能源短缺的要求带动了电动汽车(EV)及动力电池的发展。目前电动车存在的主要问题在于价格、续驶里程、动力性能等方面，而这些问题都与电池技术密切相关，电池技术和电池材料的研究开发将对其发展起决定性作用，因而寻找开发高比能量、价格便宜、安全可靠的正极材料对动力电源用锂离子电池的开发具有非常重要的意义。目前商业化的锂离子正极材料主要是以磷酸铁锂(LiFePO₄)、三元材料(镍钴锰三元材料NCM、镍钴铝三元材料NCA)以及锰酸锂(LiMn₂O₄)等为主，其中锰酸锂电池循环寿命短且高温环境下循环寿命更差，而三元材料作为动力电池存在安全性问题。磷酸铁锂原料价格低，理论容量大，循环寿命长，是锂电池公认的最有发展前景的产品。然而，在LiFePO4晶体结构中，由于相邻的FeO6八面体通过共顶点连接，因此，其电子导电率低；另外，PO4四面体位于FeO6八面体之间，这在一定程度上阻碍了Li+的扩散运动；低电子电导率和低离子扩散速率不适宜大电流充放电，限制了磷酸铁锂容量的发挥。

对于磷酸铁锂的离子和电子导电性差的缺点，一般的改性方法为碳包覆、材料颗粒纳米化和金属离子掺杂等，通过以上方法来提高电池的倍率性能、改善其循环稳定性。其中纳米化使材料的加工性能变差，掺杂改性工艺较复杂，有待于改进和发展。运用最为广泛的是碳包覆技术，碳材料的导电性好且价格低廉，在提高电导率的同时，还能抑制颗粒长大。碳包覆磷酸铁锂的电化学性能与所用的碳源、含量及碳的分散度都有很大关系。传统包覆碳多数是无定型碳，其本身形貌尤其是分布无法控制，同时碳源作为非活性物质的引入，会降低电极的比容量和材料的振实密度。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以提高材料的电子电导率和离子传导率，同时可以抑制颗粒长大，减小锂离子的扩散路径的磷酸铁锂正极材料制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按照化学计量比1:1:1的比例分别称取碳酸锂、磷酸二氢铵、草酸亚铁，加入无水乙醇混合均匀后进行以350～450rpm转速球磨6～10h，然后在60～100℃真空干燥10～20h得到磷酸铁锂前驱体粉；

步骤2、将步骤1中所制得的磷酸铁锂前驱体在纯氮气氛保护的管式炉里350～450℃保温4～6h，继续升温至600～800℃煅烧6～10h后自然冷却到室温得到磷酸铁锂正极材料；

步骤3、称取步骤1得到的磷酸铁锂质量的1wt.％～3wt.％的铜薄片和磷酸铁 锂质量的4wt.％～10wt.％的蔗糖加入到步骤2所得的磷酸铁锂材料中，球磨1～3h后用乙醇洗涤、离心后烘干，在纯氮气氛中600～800℃煅烧1～3h后即得到铜与碳共同包覆的的磷酸铁锂正极材料。

本发明采用蔗糖和铜薄片共同包覆磷酸铁锂，利用铜薄片在固相反应中作为化学反应的催化剂催化蔗糖形成类石墨型碳、提高材料的电导率，同时起成核作用、细化材料颗粒，进而提高材料的容量及循环性能。另外制备工艺简单，适用于工业化生产。

【附图说明】

图1为本发明磷酸铁锂正极材料制备方法实施例2所添加的铜薄片的SEM形貌图。

图2为本发明磷酸铁锂正极材料制备方法实施例2对比制备的LiFePO4/C(图中a)及本发明磷酸铁锂正极材料制备方法实施例2制备LiFePO4/Cu/C磷酸铁锂正极材料(图中b)的SEM图。

图3为本发明磷酸铁锂正极材料制备方法实施例2对比制备的LiFePO4/C及LiFePO4/Cu/C磷酸铁锂正极材料进一步制成锂电池在0.2C倍率下的充放电曲线图

图4为本发明磷酸铁锂正极材料制备方法实施例2对比制备的LiFePO4/C及LiFePO4/Cu/C磷酸铁锂正极材料进一步制成锂电池0.2C倍率下循环图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合 附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

一种磷酸铁锂正极材料制备方法，包括如下步骤：