[发明专利]磷酸铁锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别是涉及一种磷酸铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)因其原料价格低廉、环境友好、比容量高，特别是循环性能和安全性能优异等特点，使其在各种可移动电源领域、特别是电动车所需的大型动力电源领域有着极大的市场前景，被认为是最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但LiFePO₄存在电导率低和离子扩散率差的缺点，导致高倍率充放电性能差和实际比容量低，这极大地限制了其在实际领域中的广泛应用。

目前人们的研究注意力主要集中在解决磷酸铁锂电导率这一领域。提高LiFePO₄导电性的主要方法是碳包覆和金属离子掺杂。而现有的碳包覆方法会显著降低材料的振实密度，导致其体积能量密度较低，难于实际应用；现有的金属离子掺杂方法虽然大幅度提高了材料的导电性，但距期望目标还有一定差距，有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种导电性好、体积能量密度高、电化学性能和加工性能较好的磷酸铁锂复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备掺钛前驱体：将锂源、铁源、钛源和磷源按照摩尔比1～1.05∶0.97～0.995∶0.005～0.03∶1与碳源一起加入到球磨机中，碳源的用量使其在成品中的质量百分比小于2％，加入定量的去离子水和锆球做研磨介质，球磨6～12小时，使原料研细并混合均匀后，进行喷雾干燥，过筛；

2)制备掺钛磷酸铁锂：将干燥后的物料在惰性气体保护下，在350～500℃煅烧3～5小时，粉碎后在600℃～800℃煅烧8～16小时；

3)包覆二氧化钛：将步骤2)中制备的掺钛磷酸铁锂与钛源经混合干燥后，在惰性气体下于400℃～800℃煅烧4～8小时。

所述的铁源为草酸亚铁、氧化铁或磷酸铁；

所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂或磷酸二氢锂；

所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸铁或磷酸二氢锂；

所述的碳源为葡糖糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸或超导炭黑；

步骤1)所述的钛源为二氧化钛、钛酸锂、硫酸钛或钛酸丁酯；

步骤3)所述的钛源为二氧化钛或钛酸丁酯；

步骤1)中所述的加入定量去离子水满足固液比为1∶1～2(质量)；

步骤1)中所述的加入定量锆球满足球料比为2～4∶1(质量)；

步骤1)中所述的加入定量去离子水满足固液比为1∶1～2(质量)；

步骤1)中所述的加入定量锆球满足球料比为2～4∶1(质量)；

步骤1)中所述的干燥为喷雾干燥；

步骤3)中所述的混合为固相球磨混合，球料比为1～2∶1，球磨时间为0.5～2小时；

步骤3)所述的混合还可以是湿法超细球磨混合，固含量为50％，球磨时间为1～2小时；

步骤3)所述的包覆二氧化钛其包覆量为0.8％～2％。

本发明的优点在于：在合成过程中，除了通过掺杂钛离子(Ti⁴⁺)，来取代磷酸铁锂中少量的铁位，以提高磷酸铁锂材料的导电性外，还采用在包覆碳外再次包覆二氧化钛来改善LiFePO₄材料的导电性，进一步提高其大倍率充放电性能。由于降低了包覆碳的用量(2％以下)，所以有效地提高了材料的振实密度，增加了材料的体积比能量。采用本发明的制备方法生产出的掺杂钛离子(Ti⁴⁺)同时包覆二氧化钛的LiFePO₄复合材料，具有较高的振实密度，和良好的电化学性能和加工性能。另外，本发明所述的钛掺杂并包覆二氧化钛的低碳磷酸铁锂复合材料的制备方法，工艺稳定、步骤相对简单，易实现产业化。

附图说明

图1为本发明的磷酸铁锂复合材料制备方法的流程图；

图2为根据本发明的方法制备的掺钛并包覆二氧化钛的低碳磷酸铁锂复合材料的XRD图；

图3为根据本发明的方法制备的掺钛并包覆二氧化钛的低碳磷酸铁锂复合材料的SEM图。

具体实施方式

参见图1，本发明的磷酸铁锂复合材料的制备方法包括以下步骤：