[发明专利]锂离子动力电池磷酸亚铁锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源转换材料制备技术领域，特别涉及一种用于锂离子动力电池正极磷酸亚铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

经济发展、资源利用和环境保护是新世纪关注的焦点，而电池技术及产业的发展则是与三者密切相关的。能源的日益枯竭和环保的要求需要化学电源来弥补，代表当代化学电源最先进技术的锂离子电池自问世以来，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备中。电极材料的进步一直在推动该项技术的不断发展，先进电极材料构成了目前锂离子电池更新换代的核心技术。目前广泛应用于小型电池的钴酸锂材料满足不了动力电池的技术要求，磷酸亚铁锂将成为新一代锂离子电池尤其是动力电池用正极材料，其开发成功与否成为锂离子动力电池研制的关键所在。

1997年Goodenough等首次报道具有橄榄石型结构的LiFePO₄能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，考虑到其无毒、对环境友好、原材料来源丰富、比容量高、循环性能好，认为是锂离子电池的理想正极材料；但因其导电性差，不适宜大电流充放电，无法实际应用，所以当时未受到重视。近两年来，随着对各种改善其导电性的方法研究的深入，该类材料的导电性已达实用水平而受到人们极大的关注。

LiFePO₄理论容量约为170mAh/g，放电平台为3.4V，具有优良的循环性能和安全性能。但下面的主要缺点阻碍了它的实际应用：(1)合成中Fe²⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到单相LiFePO₄；(2)锂离子在LiFePO₄中扩散困难，导致活性材料的利用率低；(3)LiFePO₄本身的电子电导率低，导致它仅能在极小电流下工作。

发明内容

如何解决LiFePO₄的这三个缺点正是需要研究的内容，也是解决的技术难点和关键技术所在。本发明的目的就是使用适合工业化生产的高温固相法进行一系列化学修饰和工艺改进，突破了上述三个技术难点，提供一种符合产业化要求的LiFePO₄复合材料的制备方法。本发明主要特征是采用铁红(Fe₂O₃)作为铁源，并利用SP²与SP³混合碳作为碳源，采用了简洁的合成工艺，从而制得了高性能的LiFePO₄复合材料。

本发明的锂离子动力电池材料磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合原料：将锂盐、磷酸盐、铁红(Fe₂O₃)按化学计量比混合，加入0.1％-10wt％混合碳源(质量百分含量)。

(2)处理：将步骤(1)混合物在有机溶液中或水溶液中球磨1-5小时，再进行喷雾干燥，在保护气氛中于550-800℃下煅烧1-20小时，快速冷却后粉碎，得粉末状材料。

锂盐为Li₂CO₃、LiOH、LiF、Li₃PO₄、LiH₂PO₄；磷酸盐为NH₄H₂PO₄，LiH₂PO₄、(NH₄)₃PO₄、H₃PO₄；保护气氛为非氧化性气体，包括CO₂、N₂、Ar、N₂-H₂、Ar-H₂、H₂。

合成材料中的碳采用SP²与SP³按1∶1-2重量比例混合的碳源，SP²碳源包括：聚乙烯醇，酚醛树脂，聚乙炔，聚吡咯，聚苯铵；sp³碳源包括：蔗糖、葡萄糖、活性碳、果糖、乳糖。