[发明专利]一种提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法

说明书

本发明公开了一种提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法，该方法利用放电等离子体技术，包括如下步骤：1)将磷酸铁锂材料置于放电等离子体反应炉中，并对反应炉抽真空；2)之后向反应炉持续通入反应气体，放电产生等离子体轰击泡沫镍，控制反应温度和反应时间，使高能粒子轰击磷酸铁锂材料表面，在材料中产生缺陷，得到改性后的高电化学性能磷酸铁锂材料。本发明利用放电等离子体将反应气体电离产生氢自由基、氮自由基、氩自由基和氦自由基等，对磷酸铁锂表面轰击进行还原和改性处理，提高磷酸铁锂的电导率，从而加快了正极材料中的锂离子扩散速率，对提升正极材料的综合性能具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法，属于能源技术领域。

背景技术

人类文明的进步发展与能源技术息息相关，以煤、石油、天然气为代表的化石能源是社会发展的重要基石，推动了人类社会的发展。但近年来，随着化石能源的过度开发和全球气候变暖等气候问题不断严重，能源和环境面临着前所未有的挑战。

锂离子电池是最具研究前景的二次电池，本身具有诸多的优势，包括能量密度大、安全性能好、充放电循环寿命长、自放电低等优异的特点，已经成为了动力电池领域的重要研究方向。

磷酸铁锂材料最早在1997年，由Goodenough课题组报道，该材料具有放电平台高、放电平台稳定、理论容量高(170mAh/g)、体积能量密度大的优点，同时原料价格低廉，安全无毒，被认为是最具发展潜力的动力电池正极材料。但是磷酸铁锂材料本身电导率较低，且自身的锂离子扩散系数较低，这使得该材料的倍率性能较差，特别是大电流密度下容量衰减较快。

在本发明中，我们采用了等离子体表面改性的方法，这种方法用于锂离子正极材料磷酸铁锂表面改性时，有利于提升材料的电导率和锂离子扩散系数，提升了电极的容量，改善了电极材料的倍率性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法。这种方法可用于对磷酸铁锂进行表面改性，提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂本身的电导率和锂离子扩散能力，对于提升电池的性能具有重要的意义。

技术方案：本发明提供了一种提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法，该方法利用放电等离子体技术，包括如下步骤：

1)将磷酸铁锂材料置于放电等离子体反应炉中，均匀铺展开，并对反应炉抽真空；

2)之后向反应炉持续通入反应气体，放电产生等离子体轰击泡沫镍，控制反应温度和反应时间，使高能粒子轰击磷酸铁锂材料表面，在材料中产生缺陷，得到改性后的高电化学性能的磷酸铁锂材料。

其中：

步骤1)所述的磷酸铁锂材料为粉末状。

步骤1)所述的对反应容器抽真空，反应容器的真空度为1Pa～100Pa，优选为5Pa。

步骤2)所述的持续通入反应气体中，反应气体的气体流量为10sccm～250sccm，优选为100sccm。

步骤2)所述的反应气体包含氢气、氮气、氨气、氩气、氦气中的一种或多种，优选为氢气和氮气。

步骤2)所述的放电产生等离子体中，离子体为射频等离子体，电压为350～1000V，占空比为35～85％。

步骤2)所述的控制反应温度和反应时间中，反应温度保持为100～500℃，优选为200～250℃；反应时间保持为60min～240min，优选为120min。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明提供的提升锂离子电池正极材料磷酸铁锂性能的改性方法中，采用的材料成本较低，且无毒害；采用的制备方法工艺成熟，过程易控制；制备的材料性能优异。