[发明专利]一种两步溶液法制备磷酸铁锂正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种两步溶液法制备磷酸铁锂正极材料的方法，在搅拌下，将氯源、锂源、铁源、碳源溶解于去离子水中，搅拌制得A液；将银源、磷源制成B液；在搅拌的条件下，将B液缓慢加入A液中，调节溶液pH=1〜5，制得悬浊液；将悬浊液喷雾干燥制得LiFePO₄/Ag/C前驱体，然后将该前驱体置于管式炉中烧结，冷却后取出研磨成粉体，制得碳包覆银掺杂磷酸铁锂正极材料。本发明采用两步溶液法合成的碳包覆银掺杂磷酸铁锂LiFeP0₄/Ag/C电池正极材料，由于含有导电性能最好的掺杂金属银和导电性能良好的碳的反应前驱物，在分子水平上对原料进行混合，故其粒度和形貌可以得到有效地调控，物相结构及化学组成均一、不含杂质相。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种两步溶液法制备磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术

锂电池是一种高性能的储能电源，通常具有电位高、比容量大、比体积大等特性。而磷酸铁锂材料由于具有环境友好性、结构稳定性、比容量高、循环寿命长等特性，因而被广泛用作锂电池的正极材料。但是，磷酸铁锂用作动力电池的正极材料仍然存在电导率低、振实密度偏低的缺陷。

高温固相法是制备磷酸铁锂的最早、最为成熟的方法之一，也是最容易实现工业化的方法之一。但其制备出的产品存在着晶体颗粒大，晶体分布不均匀，振实密度偏低等问题。Huang Y等人(Synthesis of LiFePO4/carbon composite from nano-FePO4by anovel stearic acid assisted rheological phase method[J].Electrochimica Acta,2010,55(1):311-315)以硫酸亚铁、磷酸以及双氧水为原料，在PH＝1～2范围内，80℃水浴保温12h，得到无定型沉淀。以LiOH为锂源，在硬脂酸辅助流变相的方式下，制备出来高倍率性能的磷酸铁锂，0.5C和1C条件下放电容量分别为160mAh/g和155mAh/g。李新海等(LiFePO4的前驱体制备与性能.功能材料.2008,39(4):614-617)以硫酸亚铁、磷酸二氢铵和双氧水为原料，沉淀并烘干不定型磷酸铁，以此磷酸铁为前驱体制备出高性能的磷酸铁锂。专利号为ZL 200410018476.4的中国专利公开了“一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法”，其步骤是：将金属铁粉、磷酸铁、磷酸锂、掺杂元素磷酸盐、导电剂或导电剂前驱体按比例混合均匀，置于填充惰性气氛的球磨容器中，球磨18-36小时；所得球磨产物放入高温炉，在氮气或氩气等惰性气氛中，以10-30。C/min加热速率升温，于450-750℃恒温培烧10-60min，然后以10-30℃/min降温速度冷却至室温，制得磷酸铁锂粉末或掺杂磷酸铁锂粉末。

碳热还原法是固相法衍生出来的新型制备方法，在磷酸铁锂材料上进行碳包覆是改善其电化学电性能的重要途径之一，2000年Ravet等人(Mechanism of the Fe3+,Reduction at Low Temperature for LiFePO 4,Synthesis from a Polymeric Additive[J].Cheminform,2007,38(33):2595-2602)采用碳热还原法将碳包覆在LiFePO₄材料的表面上，碳均匀的分散在颗粒之间有利于形成导电网络，增加颗粒之间的导电性，使得磷酸铁锂材料的电导率、容量都得到显著提高，但是由于碳包覆法会降低LiFePO₄材料的振实密度，不利于提高材料的能量密度。