[发明专利]一种多孔锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。首先通过向磷酸亚铁盐与锂源的水溶液中加入表面活性剂和添加剂，制备得到前驱体溶液，前驱体溶液再在高温煅烧下形成最终的多孔磷酸铁锂锂离子电池正极材料。表面活性剂的加入避免了产物的团聚，使得最终产品的分散性良好；易分解气化的添加剂的加入，可在煅烧的过程中气化分解，实现了磷酸铁锂的多孔化。利于电解液的充分渗入，进而提高了锂离子的传导效率，降低锂离子电池内阻，从而获得循环性能好，能量密度高的锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种多孔锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是迄今为止通用性最强，适应性最广的二次电池。锂离子电池作为新型绿色电源具有许多优异的性能，如能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等优点。锂离子电池是由正、负极电极材料组装的，而正极材料作为不可或缺的一部分，对电池的性能有重要影响。

在众多的正极材料中，具有橄榄石型结构的磷酸铁锂LiFePO4(LFP)以其低廉的价格、安全环保、较高的比容量、稳定性好等优势，受到越来越多的热捧。但是常规的磷酸铁锂的制备方法中，所得到的磷酸铁锂材料的颗粒大小不均匀，且容易出现团聚的现象，这样会严重影响锂离子的扩散速率和电导率，进而影响电池的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多孔锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。该方法操作简单，合成效率较高。

本发明采取的技术方案为：

一种多孔锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将磷酸亚铁盐与锂源溶解于去离子水中，并向其中加入表面活性剂和添加剂，调节pH为4.5～5.2，得到混合前驱体溶液；

S2、将混合前驱体溶液在惰性气体与氢气和混合气的保护下，于660～700℃煅烧10～14h，冷却后，粉碎至粒径为80～120目；即可得到所述多孔锂离子电池正极材料多孔磷酸铁锂。

所述添加剂为碳酸氢铵、草酸、碳酸铵、草酸铵、草酸氢氨、硝酸铵中的一种或多种。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种。

所述磷酸亚铁盐为八水合磷酸亚铁或四水合磷酸亚铁。

所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸一氢锂或磷酸二氢锂中的一种。

步骤S2中，所述惰性气体为氮气；所述氮气与氢气的体积之比为92～95:5～8。在惰性气体中掺入少量的氢气可避免在高温煅烧的过程中亚铁离子发生氧化。

步骤S1中，所述磷酸亚铁盐与锂源的物质的量之比1:1.0～1.2。这样的摩尔比可保证生成的最终产物为LiFePO₄。

步骤S1中，所述磷酸亚铁盐在去离子水中的浓度为0.2～0.5mol/L.

步骤S1中，所述添加剂在混合前驱体溶液中的终浓度为5～10mg/L；所述表面活性剂在混合前驱体溶液中的终浓度为3～8mg/L。

所述八水合磷酸亚铁的制备方法为：

A、分别将硫酸亚铁和磷酸氢二钠溶解于去离子水中，分别得到硫酸亚铁溶液和磷酸氢二钠溶液；

B、向三口烧瓶中加入去离子水、醋酸钠和抗坏血酸，搅拌使其完全溶解；

C、将三口烧瓶放入水浴锅中，设定温度为45～60℃，在搅拌的情况下，分别将步骤A中的硫酸亚铁溶液和磷酸氢二钠溶液同时滴加到三口烧瓶中，控制滴加速度在3～5滴/s，滴加完成后反应4～8h；

D、将产物抽滤，经水和乙醇洗涤，即可得到所述八水合磷酸亚铁。