[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，属于电化学材料技术领域。

背景技术

从人类文明开始，能源的开发和利用就与人们的生活方式及生活质量密切相关。人类长期使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料，使得地球温室效应，环境污染逐步加剧。特别进入工业化社会以来，矿物燃料（煤和石油）消耗巨大，资源日益枯竭，温室效应和空气污染对人类的生存环境构成了严重的威胁。随着三大主要能源储量的日益减少，以及由此引发的全球变暖和生态环境恶化受到越来越多的关注。因此，要保持人类社会的可持续发展，能源和环境是进入 21 世纪必须面对的两个严峻问题，而开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。在能源开发中，充分利用自然能如风能、潮汐能、太阳能等具有重要意义，由于这些能源作用的不连续，要大规模利用这些自然能，需要有与之配套的能量储存器。电池，尤其是二次电池，作为一种可以实现化学能和电能相互转化的器件，是合理有效地利用能源的重要媒介。

从二次电池的发展历程来看，二次电池经历了铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池这四个阶段，相对前一个阶段后一个阶段都很大的进步。

锂离子电池是迄今为止最先进的二次电池。具有高能量密度、长循环寿命、低自放电以及无记忆效应和无污染等特点，充分满足了移动通信及笔记本电脑的迅猛发展对电源小型化、轻量化等的迫切要求。

作为锂离子电池三大关键材料之一的正极材料是制约着锂离子电池发展的一大瓶颈，锂离子电池的性能很大程度上取决于所采用的正极材料。理想的锂嵌入化合物正极材料，应具有以下特点：

1）放电反应应具有较大的负吉布斯自由能变化，从而使电池的输出电压高；

2）嵌入化合物应具有尽可能小的分子量并且允许大量的锂可逆的嵌入和脱嵌，以获得高的比容量；

3）主体结构应具有较好的电子电导率电子和离子电导率，减少极化，可以大电流充放电，以获得高的功率密度；

4）在锂的嵌入/脱嵌过程中，主体结构及其氧化还原电位随嵌脱锂量的变化应尽可能的小，以获得好的循环性能和平稳的输出电压平台；

5）嵌入化合物在整个电位范围内应具有很好的化学稳定性，不与电解质发生反应；

6）无毒，便宜，材料应易于制备。

锂离子电池具有诸多优点而备受青睐，是目前最先进的二次电池。锂离子电池正极材料是锂离子电池的性能实现突破的瓶颈，是锂离子电池电动汽车商业化能否实现的关键，因此对正极材料的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对聚阴离子型结构的新型正极材料的极低的电子电导率和离子扩散系数的问题，提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取6~8g柠檬酸、20~22g硝酸铁和18~20g乙酸锂倒入450~500mL去离子水中，搅拌，得搅拌液；

（2）在搅拌液中添加1~2g磷酸二氢铵，用氨水调节pH，水浴锅中加热搅拌，得凝胶；

（3）将凝胶烘干后置于箱式电阻炉中，随后球磨，得球磨粉末；

（4）球磨粉末倒入十二烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌后置于烧结炉中，调高温度，得改性磷酸铁锂；

（5）取15~18g阿拉伯胶和25~30g改性磷酸铁锂混合球磨，得球磨混合粉末；

（6）取5~6g聚甲基丙烯酸甲酯和40~45g乙醇溶液添加至球磨混合粉末中，搅拌得搅拌浆；

（7）将制备的搅拌浆填充至模具后，室温下压制，随后置于烘箱中热固化处理1~2h，脱模，得固化料；

（8）将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气后调节温度，保温炭化，静置冷却至室温，即得一种锂离子电池正极材料。

步骤（2）所述的氨水的质量分数为15%。

步骤（2）所述的搅拌液pH为5.0~5.2。

步骤（4）所述的十二烷基三甲基溴化铵溶液的质量分数为10%。

步骤（6）所述的乙醇溶液的质量分数为70%。

步骤（7）所述的压制压强为5~10MPa。

步骤（8）所述的氮气的流量为25~30mL/min。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明在制备锂电池正极材料的过程中，用十二烷基三甲基溴化铵改性磷酸铁锂，并以阿拉伯胶、乙醇和聚甲基丙烯酸甲酯为碳源制备碳包覆改性磷酸铁锂结构，空穴迁移率增大，电池材料的电子电导率和分子扩散系数也增大。