[发明专利]一种制备锂电池用粒径可控磷酸钴锂复合正极材料的方法

说明书

本发明涉及锂电池正极材料的技术领域，提供了一种制备锂电池用粒径可控磷酸钴锂复合正极材料的方法。该方法先制备了粒径大小及分布均可控的SiO₂粒子，然后以SiO₂粒子为模板制得空心氮掺杂碳颗粒，进一步在碳颗粒的中空孔中形成聚噻吩掺杂磷酸钴锂，制得氮掺杂碳层为壳、聚噻吩掺杂磷酸钴锂为核的复合正极材料。与传统方法相比，本发明的制备方法，既实现了对磷酸钴锂粒径大小及分布的有效控制，又提高了材料的导电性和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料的技术领域，提供了一种制备锂电池用粒径可控磷酸钴锂复合正极材料的方法。

背景技术

锂电池是二次化学电源中性能极为优异的电池，能量密度、循环寿命等性能占优使锂离子电池成为发展趋势。锂电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基材、隔离膜和罐材等。其中，正极材料是锂电池中最为关键的原材料，由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例（正、负极材料的质量比例为3:1~4:1），因此高性能的正极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。

目前正在使用和开发的锂电池正极材料中，以过渡金属氧化物所表现出的性能最佳。其中，磷酸钴锂具有工作电压和能量密度高、安全性好等优点。其合成方法有很多，主要有固相反应法、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、微波法、喷雾热分解法等。由于粒径尺寸的分布对于正极材料的性能有着重要的影响，因而改进材料的合成方法，控制材料的颗粒尺寸及尺寸分布，制备分散性能好的材料，提高Li⁺的扩散速率，是优化磷酸钴锂正极材料综合性能的关键。

中国发明专利申请号201611005490.X公开了一种磷酸钴锂正极材料的制备方法。该材料同时包覆碳和石墨烯，其中碳和石墨烯均有特定含量，其制备方法经球磨混合和超声处理，并对灼烧温度和时间作了合理限定。该发明的方法可改善磷酸钴锂正极材料的导电性，但无法对粒径大小及分布进行有效控制。

中国发明专利申请号201510973998.8公开了一种石墨烯复合碳包覆磷酸钴锂材料及其制备方法与应用。石墨烯复合碳包覆磷酸钴锂材料由磷酸钴锂与石墨烯和碳组成，磷酸钴锂与石墨烯和碳三者之间通过原位共生复合，石墨烯与原位生成的碳构成三维导电网络。方法一：将锂源、钴源、磷源和有机碳源，溶于水中，得溶液A；将石墨烯分散于无水乙醇中，得溶液B；将溶液A和B混合，喷雾干燥后得前驱体粉末，在保护气氛下煅烧，然后冷却至室温，即得。方法二：将锂源、钴源、磷源溶于水中，喷雾干燥后得磷酸钴锂前驱体；将磷酸钴锂前驱体与石墨烯和有机碳源混合后，在保护气氛下煅烧，然后冷却至室温，即得。该发明的方法虽然提高了磷酸钴锂正极材料的导电性和循环稳定性，但依然存在粒径分布性差的缺陷。

综上所述，现有技术制备磷酸钴锂的方法，难以实现磷酸钴锂粒径大小及分布的有效控制，而且磷酸钴锂材料本身具有导电性和循环稳定性较差的缺陷，因此，开发一种粒径大小及分布可控、导电性及循环稳定性良好的磷酸钴锂正极材料，有着重要的意义。

发明内容

现有技术制备磷酸钴锂的方法，难以实现磷酸钴锂粒径大小及分布的有效控制，而且磷酸钴锂材料本身具有导电性和循环稳定性较差的缺陷。本发明提出了一种制备锂电池用粒径可控磷酸钴锂复合正极材料的方法，可制得粒径大小及分布均可控的磷酸钴锂正极材料，并提高了材料的导电性和循环稳定性。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种制备锂电池用粒径可控磷酸钴锂复合正极材料的方法，所述磷酸钴锂复合正极材料制备的步骤如下：

（1）将氨水、乙醇、去离子水按一定的体积比例混合，磁力搅拌40~60min，然后加入正硅酸乙酯，加热并搅拌反应，反应完成后冷却至室温，采用乙醇和去离子水反复洗涤，50~60℃下真空干燥8~12h，制得粒径大小及分布均可控的SiO₂粒子；