[发明专利]一种介孔球形磷酸铁锂/碳原位复合材料的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种具有介孔球形结构和良好性能的锂离子电池正极材料磷酸铁锂/碳原位复合材料(LiFePO₄/C)的制备方法，属于功能材料技术领域。

(二)背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)作为锂离子电池新型正极材料，尽管制备较困难、导电性能和传导性差，但其安全性和热稳定性好、价格便宜、无环境污染，而且充放电效率高。因此，LiFePO₄引起了国内外人们极大的关注，被认为是极具应用潜力的锂离子电池材料，特别是用作动力锂离子电池的正极材料。

目前，现有技术制备LiFePO₄有多种方法，Goodenough等采用高温固相法合成LiFePO₄，参见：Padhi A K，Nanjundaswamy K S，Goodenough J B.Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries[J]Journal of the Electrochemical Society，1997，144(4)：1188-1194.。该方法简单方便，容易操作，但存在合成周期长、产物批次质量稳定性差、成本高等缺点。Prosini等采用共沉淀法合成LiFePO₄，参见：Prosini P P，Carewska M，Scaccia S，et al.A new synthetic route for preparing LiFePO4 with enhanced electrochemical performance[J].Journal of the Electrochemical Society，2002，149(7)：886-890.该方法组分均匀、合成温度低、颗粒细，但振实密度小、污染严重；Croce等采用溶胶-凝胶法合成LiFePO₄，参见：Croce F，Epifanio A D，Hassoun J，et al.A novel concept for the synthesis of an improved LiFePO4lithium battery cathode[J]Electrochemical and Solid-State Letters，2002，5(3)：47-50.该方法化学均匀性好、热处理温度低、粒径小且分布窄、易于控制，但干燥收缩大、工业化生产困难、合成周期长；Kaoru D等采用水热法合成LiFePO₄，参见：Kaoru D，Shohei K，Keisuke S，et al.Electrochemical properties of LiFePO4 prepared via hydrothermal route[J]Journal of Power Sources，2007，165(2)：656-659.该方法具有物相均一、粉体粒径小、合成过程简单的优点，但只限于少量粉体制备、需要高温高压设备、造价高。张宝等采用碳热还原法合成LiFePO₄，参见：张宝，李新海，朱炳权等.沉淀-碳热还原联合法制备橄榄石磷酸铁锂[J].中国有色金属学报，2006，16(8)：1445-1449，该方法克服了固相法成本高的缺点，可提高材料导电性，但反应时间过长，产物均匀性差，颗粒较粗。

另外，目前有关合成LiFePO₄材料还有一些专利文件公开，例如，CN101339995A公开了“锂离子动力电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法”，该方法通过加入微量纳米金属氧化物或金属盐，并采用水系湿法混合、喷雾干燥、滚压造粒技术合成LiFePO₄；CN1635648A公开了“锂离子电池正极材料高密度球形磷酸铁锂的制备方法”，该方法首先通过湿化学反应合成球形或类球形磷酸铁前躯体，然后与锂源、碳源、掺杂金属化合物均匀混合，还原气氛热处理得到球形磷酸铁锂。以上研究和专利文件主要集中在已有合成方法的改进和LiFePO₄的改性方面，并没有使LiFePO₄材料的合成技术、性能方面产生实质性变化，因此，合成的LiFePO₄因综合性能不理想而难以满足动力电池的需要。目前，国内外根据锂离子电池的市场需求，急需在合成技术上有新的突破，以期进一步提高LiFePO₄的电导率、传导率等综合性能，降低合成成本，从而满足新能源领域对锂离子电池正极材料的需要。