[发明专利]一种锂离子电池正极材料LiFePO4

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法。本发明采用简单的溶剂热法合成出LiFePO₄纳米颗粒，在利用溶剂热法制备前驱体时，提高溶剂中乙二醇和水的配比，以达到减小颗粒尺寸，提高材料电化学性能的作用，并在后期干燥过程中加入葡萄糖溶液作为碳源，通过冷冻干燥以及后续的煅烧过程对其进行碳复合处理，限制颗粒的二次生长，改善其颗粒间导电性，得到表面疏松多孔的纳米级锂离子电池正极材料LiFePO₄/C。本发明方法操作简单、成本低廉，为锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的进一步改性研究提供了良好的条件，且制备的锂离子电池正极材料LiFePO₄/C，结构稳定性好，电化学性能优良。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法。

背景技术

LiFePO₄具有放电平台平稳( 3.4V)、放电容量较高 (170mAh/g)、循环稳定性和热稳定性良好、原料成本低及环境友好等优点,被认为是动力电池最佳的正极材料之一。目前合成LiFePO₄正极材料的制备方法大多是以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料的固相合成法，因为合成工艺需要在高温进行长时间的煅烧，生成的颗粒一般尺寸较大且粒径分布不均，容易出现严重的团聚现象。而且在合成过程中Fe²⁺易氧化为Fe³⁺，故而整个高温固相反应过程必须在惰性气氛保护下进行。除此之外，高温固相法的合成工序极为繁冗，合成周期较长，而且在制备过程中，由于原料种类较多，难以实现原料的充分混合，效率较低。基于以上情况，本发明利用步骤简单、操作方便的溶剂热法，通过调整合适的溶剂配比通过溶剂热法制备出LiFePO₄前驱体后，对其进行碳复合改性，制备出颗粒直径在300~500nm的LiFePO₄/C颗粒，在0.1C倍率下的初始放电比容量达到143mAh/g，为LiFePO₄正极材料的合成提供了一种简便的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的制备方法，为研究LiFePO₄/C正极材料的电化学性能提供有效的实验依据。

为实现上述目的，本发明采用合适的溶剂配比和工艺流程合成LiFePO₄纳米颗粒，在热处理前对其进行碳复合改性，以达到限制颗粒二次生长，改善其颗粒间导电性的作用，在煅烧过程中葡萄糖的分解可以提供还原性氛围，抑制Fe²⁺的氧化。用此法制备的LiFePO₄/C颗粒形貌为近纺锤体，表面疏松多孔，长径在300~500nm之间，短径在200~300nm之间，结构稳定性好，电化学性能优良。

具体步骤为：

（1）称取1.112g七水合硫酸亚铁和0.1g 抗坏血酸加入烧杯内，再加入40mL乙二醇，常温下磁力搅拌30min使其溶解，随后将0.4612g磷酸逐滴加入上述溶液，再将0.5035g氢氧化锂充分溶于5mL去离子水中加入上述溶液，磁力搅拌1h使其充分反应，得到墨绿色混合液。

（2）将步骤（1）制得的墨绿色混合液转入聚四氟乙烯罐内，放入反应釜内密封紧闭后在鼓风干燥箱内180℃加热6小时后取出，倒掉上层溶液，得到灰白色LiFePO₄前驱体。

（3）将步骤（2）得到的灰白色LiFePO₄前驱体用水和无水乙醇交替离心洗涤3次，倒掉上清液，称量0.0532g葡萄糖溶于去离子水中，将其与上述处理过的灰白色LiFePO₄前驱体混合均匀，转入培养皿并冷冻干燥24h，制得前驱体粉末。