[发明专利]一种锂离子电池用正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池正极材料，其化学式为LiFe_1‑xCr_xBO₃/C，0.005≤x≤0.01。还提供了上述锂离子电池正极材料的制备方法，将氢氧化锂加入去离子水中超声溶解，制备硼酸水溶液，将氢氧化锂加入到硼酸水溶液中，待反应完全得到澄清溶液；然后冷却至室温后进行球磨，再加入草酸亚铁球磨；再加入焦糖和硝酸铬继续球磨；出料时加入去离子水，控制球磨产物量；将球磨产物喷雾干燥得到球形硼酸铁锂前驱体粉体；控制温度500‑600℃氮气中煅烧即得到锂离子电池正极材料硼酸铁铬锂/碳复合材料。本发明的硼酸铁铬锂/碳复合材料具有较高的比容量，良好的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种锂离子电池材料，具体来说是一种锂离子电池用正极材料硼酸铁铬锂/碳复合材料的制备方法。

背景技术

石油能源危机和环境污染所引发的环境危机，迫使人们寻找新型清洁、可循环使用的新能源材料。由此对环境友好的锂离子电池应运而生。橄榄石结构的LiFePO₄正极材料已经被深入研究，并且近年来在动力电池市场占主导地位，以其价格低廉、安全性能好、环境友好等突出优点。然而，磷酸铁锂本身的理论比容量较低仅有170mAh/g，且导电性较差，高倍率充放电性能不佳，振实密度低。这些缺点中有些可以通过进一步的研究加以提高和改善，但是另外一些则是本征的，如理论比容量的大小等，不可能通过研究得到改善或提高。这就要求人们进一步探索和开发具有更高比容量的正极材料以满足技术发展的需求。随着聚阴离子正极材料LiFePO₄而的成功商业化，其它聚阴离子正极材料包括硅酸盐、钛酸盐、硫酸盐、硼酸盐等引起了人们的广泛关注，其中硼酸铁锂硼酸铁锂(LiFeBO₃)是一种新型的高比容量的聚阴离子正极材料。

与LiFePO₄相比，LiFeBO₃的优势在于：更高的比容量(约220mAh/g)；更好的导电性(3.9×10^-7S/cm)；更小的体积变化率(约2％)。所以，硼酸铁锂有望成为下一代锂离子正极材料。但是硼酸铁锂表面稳定性差和低的电子电导率阻碍了其进一步发展。目前国内外对于将硼酸铁锂用于锂离子电池正极材料的研究进展仍较少，且所报道的硼酸铁锂材料充放电性能测试均是在低电流密度下进行(如在0.05C倍率下)，且所制备的材料循环性能需进一步改善。因此，如何提高其电子导电率和离子导电率对于硼酸铁锂进一步的应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池用正极材料及其制备方法，所述的这种锂离子电池用正极材料及其制备方法要解决现有技术中锂离子电池用硼酸铁锂材料低的电子传导率和锂离子迁移速率，导致的可逆容量低、倍率性能差以及循环衰减快的技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池用正极材料，其化学式为：LiFe_1-xCr_xBO₃/C，0.005≤x≤0.01。

进一步的，x为0.005、0.01、或者0.008。

本发明还提供了上述的一种锂离子电池用正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将88重量份氢氧化锂加入500重量份去离子水中超声溶解得到氢氧化锂的澄清溶液，将124重量份硼酸加入800重量份去离子水中，将已经溶解的氢氧化锂加入到硼酸的水溶液中，待反应完全得到澄清溶液；

2)将步骤1)获得的溶液冷却至室温，加入砂磨机中进行球磨，同时加入356-359重量份的草酸亚铁，球磨3h；加入170重量份焦糖和2-5重量份硝酸铬继续球磨1h，出料时添加适量去离子水控制球磨产物量为5000重量份；

3)将步骤2)所得到的球磨产物搅拌均匀后于170℃下喷雾干燥，得到的球形硼酸铁锂前驱体粉体；