[发明专利]一种磷酸铁锂基改性正极材料制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂基改性正极材料制备方法，包括以下步骤：将锆源的化合物投入到蒸馏水中，并通过球磨机粉碎处理至粒径为2～12um后，如此，首先通过石墨烯和碳纳米管的改性处理，再将锆源的化合物并让锆与碳成键，热处理后锆被引入至石墨烯表面，得到掺杂锆的碳材料，再利用掺杂锆的碳材料对磷酸铁锂进行改性，使部分锆掺入磷酸铁锂中，增大磷酸铁锂颗粒之间的导电性，提高材料表面与电解液之间的兼容性，减小锂离子迁移时所受到的阻力，进而提高电池在低温环境下的电化学性能。

技术领域：

本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂基改性正极材料制备方法。

背景技术：

锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。磷酸铁锂系正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4负极，负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi++xe-+6C→LixC6放电时：LixC6→xLi++xe-+6C。磷酸铁锂电池具有安全性好、能量密度较高等特点，现已成为动力电池中的主流电池。然而，低温环境下，锂离子从正极材料中脱出及在电解液中迁移所受到的阻力增大，磷酸铁锂电池的充放电性能及循环性能急剧降低，因此，提高磷酸铁锂电池在低温环境下的充放电性能及循环性能具有重要意义。

目前，磷酸铁锂材料的合成方法主要分成固相法和液相法。固相法主要是利用铁盐、锂盐和磷酸盐，在高温烧结实现磷酸铁锂的合成。液相法是将可溶性铁盐、锂盐和磷酸盐溶解在溶剂中，利用离子反应制成磷酸铁锂或其前驱体，再通过高温烧结制成成品。固相法反应简便，原料容易处理，产率高，但是原料形貌不容易控制，产品振实密度和压实密度低。例如，发明专利CN101200289、CN1762798、CN101140985等都是采用固相合成工艺路线。一些新的合成方法，如微波合成法(CN101172597、CN101807692A)、超声共沉淀法(CN101800311A)，都可以归结到固相合成法中。而液相法需要利用反应釜进行前期处理，同时也需要干燥、过滤等过程，工艺比较复杂。但是产品球形度一般较好，振实密度较高，容量和高倍率性能出色。发明专利CN101172599、CN101047242、CN101121509都是采用以上工艺路线。

磷酸铁材料的成功应用在于其表面包覆有导电碳层。实际是一种磷酸铁锂/碳复合材料。只有包覆了碳的磷酸铁锂材料才能正常发挥其电化学性能。但是，一般的工艺加入的碳由于质地疏松，且在磷酸铁锂颗粒间呈松散分布，严重降低了磷酸铁锂材料的堆积密度。

发明内容：

本发明克服现有技术的缺陷，提供一种能够降低锂离子在正极材料表面脱出和嵌入过程的极化电阻、提高材料的倍率性能、且均匀致密的正极材料。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种磷酸铁锂基改性正极材料制备方法，包括以下步骤：

(1)将锆源的化合物投入到蒸馏水中，并通过球磨机粉碎处理至粒径为2～12um后，在常温下混合搅拌4～6分钟，得到混合液A；

(2)将质量比2：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌4～6分钟，然后在惰性气体保护的环境下以2～4℃/min的速度升温至40～60℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到混合液B；