[发明专利]制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法；其步骤为：将单方向择优生长的棒状LiFePO₄分散于乙醇中，滴加稀硫酸以在LiFePO₄表面形成活性位点，搅拌条件下先后加入一定浓度的CuCl₂和NaOH水溶液，化学沉淀法结合高温处理合成CuO包覆的LiFePO₄复合材料；将LiFePO₄/CuO分散于有机溶剂N‑N‑二甲基甲酰胺中形成悬浊液，加入还原氧化石墨烯和硝酸银超声一定时间，蒸发溶剂，丙酮分散洗涤，烘干，这样即可得到目标材料。本工艺发明过程简单，原料来源广泛，有利于大规模工业生产；所制备的锂离子电池正极材料具有优良的倍率充放电性能和优异的循环使用寿命。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，特别是涉及一种制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法。

背景技术

近年来电动汽车的发展如火如荼，然而，作为电动汽车的主要关键部件的电池，一直是制约电动汽车大规模应用的瓶颈。在动力电池领域，人们迫切需要寻求一种稳定高效，容量大，体积小，循环性能好的动力电池。LiFePO₄作为新一代电池正极材料从一经发现就受到人们的广泛关注，这种材料具有可大电流快速充放电，高温性能好，大容量，无记忆效应，环保，重量轻等优点，被公认为新一代的最具潜力的动力电池正极材料。目前 LiFePO₄还没有大规模的应用到电动汽车用动力电池中来，这是因为它还存在着很多亟待解决的问题：在环境温度较低时候，LiFePO₄电化学性能下降明显，这也降低了它所能使用的外部环境条件。由于LiFePO₄振实密度较小，这给了将LiFePO₄电池小型化提出了挑战。此外，LiFePO₄中锂离子扩散速率和电子的导电率都较低，大电流充放电时电池容量衰减严重。因此，对于磷酸铁锂材料来说，要是想广泛应用于锂离子电池的正极材料，首先要做的就是想办法加快离子扩散速率，提高电子导电率。

碳材料包覆和金属纳米粒子包覆技术是目前研究较多的改性方法。碳包覆改性目前比较普遍的做法是通过在合成材料中加入葡萄糖，果糖，聚乙二醇等有机碳源，经过焙烧后可以实现对LiFePO₄材料的表面包覆，该碳层可以提高颗粒间的电导率，同时抑制颗粒的成长，提高材料的电化学性能。但是现有技术中，加入的碳源由于用量比较大，增加了产品中的碳含量，使得有效活性物质含量比较低，而且碳化后的碳层由于结构疏松，导电性也没有得到极大地提高。在制成电池后，电池中的电解液由于与活性物质LiFePO₄表面比较厚碳层阻隔，不利于充分接触。大多数的报道文献中，人们采用固相合成法合成的材料表面有比较明显的空穴，这些空穴的存在也不利于材料与电解液的接触和表面锂离子的有效迁移。

发明内容

本发明为了解决在大电流快速充放电条件下保持锂离子电池正极材料稳定性和提高电池容量的问题，特提供了一种制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法。

实现本发明的目的的技术解决方案是：一种制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法，包括下列步骤

（1）以磷酸、七水合硫酸亚铁、氢氧化锂分别为磷源，铁源和锂源，以葡萄糖和抗坏血酸为还原剂和碳源，稀醋酸调节前驱体溶液pH=6.2～6.5，采用水热法合成单方向择优生长的棒状LiFePO₄；

（2）将LiFePO₄分散于乙醇中，滴加LiFePO₄摩尔量0.05 %的硫酸(稀释至0.1M)在LiFePO₄表面形成活性位点，搅拌条件下先后加入CuCl₂溶液和NaOH溶液反应，H₂体积百分比为5%的Ar/ H₂混合气中，以450±10℃高温处理3h后，即得CuO包覆的磷酸铁锂复合材料LiFePO₄/CuO；