[发明专利]一种气相沉淀碳包覆的磷酸盐锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种气相沉淀碳包覆的磷酸盐锂电池正极材料及制备方法、锂电池，制备方法包括：步骤一、取氢氧化锂、金属A的醋酸盐和磷酸铵，混合后与苯甲醇和去离子水的混合溶液混合，调节pH至7.5‑8，搅拌，水热反应3‑6h，自然冷却至室温，过滤、干燥，获得磷酸盐正极材料前驱体粉末；步骤二、将磷酸盐正极材料前驱体粉末与金属镁粉末进行干法球磨，在氩气保护下在300‑500℃保温2h，气源换为氩气和二氧化碳，快速升温至500‑750℃，保温6‑8h，冷却至室温，洗涤干燥，即得。本发明通过球磨工艺在磷酸盐正极材料前驱体材料表面包覆金属镁粉，在烧结过程中通过镁热还原进行碳包覆工艺，获得具有较好包覆效果的正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种气相沉淀碳包覆的磷酸盐锂电池正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池正极材料一般为锰酸锂，钴酸锂，镍钴锰酸锂材料。正极材料占有较大比例，因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。

由于日趋短缺的能源问题和日益严重的环境污染，开发高能量密度电池作为车用动力能源已成为当今首要任务之一，同时安全性能也是不容忽视的因素之一。具有橄榄石型的磷酸盐正极材料，如磷酸铁锂、磷酸盐正极材料、磷酸铁锰锂等，由于晶体结构稳定而具有较高安全性，有望成为高能量、高电压的动力型锂离子电池候选者之一。然而其自身的电导率较差，基本属绝缘体，同时缺乏匹配的耐高压电解液、较为复杂的合成工艺等成为限制其性能的主要因素。

面对磷酸盐正极材料电子导电率较低、循环性能较差等问题，目前主要通过改进其制备方法、金属离子元素掺杂、合成复合性材料以及研究更稳定的电解液来提升磷酸盐正极材料材料的性能。碳材料的引入可以增强粒子与粒子间的导电性，缩短Li+在颗粒内部的扩散途径。然而，目前在材料表面包覆的碳材料的制备方法，大多采用将正极材料前驱体与碳源混合研磨，再进行热处理的方式进行碳包覆处理，其制得的正极材料碳包覆均匀性差、导电率低，而且制备工艺流程繁琐，效率较低。

专利CN105789605A提出一种碳包覆的磷酸铁锂及其制备方法和动力锂离子电池。在持续搅拌的条件下，将磷酸铁锂、N,Nˊ-二甲基乙酰胺及4,4ˊ-二胺基二苯醚混合，得到混合液；于0℃及持续搅拌的条件下，在混合液中加入均苯四甲酸二酐，得到复合胶液；在复合胶液中加入乙酸酐和吡啶进行化学酰亚胺化反应，得到反应浆料，将反应浆料干燥，得到聚酰亚胺包裹的磷酸铁锂粉末；在通入保护气体的条件下，将聚酰亚胺包裹的磷酸铁锂粉末升温至600℃～900℃，保温煅烧1～10小时，得到碳包覆的磷酸铁锂。使用含有强极性官能团的聚酰亚胺高分子来包裹磷酸铁锂颗粒，与磷酸铁锂表面上的磷酸根之间会发生极性相互作用，易于形成核壳包覆结构，有效抑制磷酸铁锂颗粒在复合胶液中的团聚现象；更重要是由聚酰亚胺高分子热解产生的导电碳层均匀覆盖在磷酸铁锂颗粒表面，增强了磷酸铁锂颗粒导电性，有利于倍率性能提升；而且由于被包覆在外层的高分子热解碳层所阻隔，磷酸铁锂颗粒得以被有效分散开，避免磷酸铁锂颗粒团聚长大。

专利CN107845791B提出一种双层沥青碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，以低软化点沥青作为碳源，与磷酸铁锂前驱体材料进行球磨，再经过低温焙烧得到碳包覆磷酸铁锂预烧物，再将其与高软化点沥青高速混合，经过低温软化和高温碳化两步，最终得到双层沥青碳包覆磷酸铁锂正极材料。该方法中使用的低软化点沥青可以有效阻止磷酸铁锂晶粒的长大，并且初步实现碳包覆，再经过与高软化点沥青混合并烧结后，可以优化磷酸铁锂表面位能分布状态，提高锂离子在材料中的高速传输。

因此，研究均匀性好、导电率高的碳包覆复合正极材料仍是该领域的重要任务。

发明内容