[发明专利]表面包覆碳的锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备领域。它公开了一种能稳定低成本生产YMPO₄(LiFePO₄)的工艺路线。

背景技术

相对于铅酸、镍镉、镍氢电池，锂离子电池具有能量密度高而且对环境友好等优点。目前，锂离子电池主要用在小型便携式设备上，如笔记本计算机、手机、数码相机等等。但是，随着城市个人汽车拥有量的增加，城市大气污染的加剧，人们希望将内燃机汽车电动化。因为内燃机汽车电动化可以直接带来两个效益，一是大气污染和噪音污染减轻，二是夜间为电动汽车充电可以使城市夜间过剩的电力得到利用，获得削峰填谷的效果。

锂离子电池的负极材料都是碳材料。根据正极材料的不同，可以把锂离子电池分为钴酸锂电池、三元材料(镍锰钴)电池、锰酸锂电池和磷酸铁锂电池四类。三种电池中，钴酸锂电池是研究最充分的，目前是市场占有量最大的电池，其性能最好，但价格最贵。钴酸锂电池和三元材料(镍锰钴)电池、锰酸锂电池都存在安全性问题，就是在一些条件下它们会爆炸起火。因为电动汽车使用的电池量大，使用条件苛刻，这个安全性问题使人望而却步。相对而言，磷酸铁锂电池安全性要好得多，被世界各大汽车厂商看好。

磷酸铁锂是一种自然存在的矿物，但是作为电池材料它一般是人工合成的。自从John B.Goodenough在1997年发现LiFePO₄具有可逆嵌入/脱嵌锂离子的性能并可能作为锂离子电池的正极材料之后，特别是人们发现LiFePO₄电池具有很好的安全性能之后，有关研究一直是锂离子电池材料研究的热点。其研究重点主要是如何低成本生产性能稳定的LiFePO₄材料。

到目前为止，已公开的LiFePO₄的合成方法可大致分为固相法和液相法两类。固相法使用一种铁化合物，通常是FeAc₂、FeC₂O₄·H₂O、Fe₃(PO₄)₂·8H₂O；一种磷化合物，如(NH₄)H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄、H₃PO₄；一种锂化合物，如Li₂CO₃、LiOH、LiH₂PO₄等在300～800℃反应。有些制备方法可能需要在不同温度下多次加热处理已得到产品。例如，Goodenough的专利WO1997040541使用的就是这样一种方法。它使用FeAc₂、(NH₄)₂HPO₄、Li₂CO₃或LiOH·H₂O先在300～350℃反应脱出NH₃、CO₂、H₂O等之后，然后再在Ar气氛中800℃烧24小时得到LiFePO₄。

液相法则使用可溶性亚铁盐、磷酸盐和LiOH、Li₂CO₃等在水热或其它条件下反应，也可以得到纯净的LiFePO₄。目前工业上使用的主要是固相法，在国际国内都有一些厂家能批量生产。但是，由于磷酸铁锂的导电性很差，必须进行碳包覆处理。

限于工艺路线，对目前大多数厂家来说，获得性能稳定的LiFePO₄产品并不容易，因为这牵涉到产品的粒度、堆密度、电化学性能等诸多指标。

发明内容

技术问题：本发明的目的提供的是一种能稳定低成本生产表面包覆碳的锂离子电池正极材料YMPO₄的制备方法。