[发明专利]磷酸亚铁锂嵌入立体网状导电体的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米磷酸亚铁锂晶粒嵌入立体网状导电体的正极材料及其制备方法，属于纳米无机功能材料制备技术领域。

技术背景

近年来，随着锂离子电池的不断发展进步和高能储能器件、电动汽车等领域快速增长的市场需求，锰酸锂、磷酸亚铁锂、多元锂等材料作为正极材料已被广泛应用于高能量锂电池。以磷酸亚铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池不但具有超长寿命，而且在高温下稳定，保证了电池的安全性，具有无毒、环保等特点。在长达近十年的锂离子电池的发展过程中，人们发现具有纳米尺度的磷酸铁锂材料的放电比容量高，倍率放电性能好；但纳米磷酸铁锂颗粒容易团聚，极片加工时分散和涂敷困难，加工成电极比较困难，电解液与正极材料接触不充分，影响电池充放电性能和安全性等问题。从锰酸锂、三元材料等材料的发展历程看，当表观粒子尺度为3-20微米时，材料的加工性能优越，无加工问题出现。

另外，现行的磷酸亚铁锂材料的导电基本上采用碳包覆机理，采用碳包覆制备的磷酸亚铁锂正极材料的电池的整体性能不是最佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的问题，提供了一种纳米磷酸亚铁锂嵌入立体网状导电体的正极材料及其制备方法。

本发明的目的是通过如下措施来实现：

一种磷酸亚铁锂嵌入立体网状导电体的正极材料，其特征在于：该正极材料为立体网状的导电多孔球形颗粒；该立体网状导电多孔球形颗粒是由纳米磷酸亚铁锂晶粒嵌入立体网状结构的导电体而成。

根据本发明的构想，所述的立体网状结构的导电体的构成材料选自金、银、铂、铜、铁、铬、镍、钴、钛、钒、锰、铝等金属导电材料中的一种或多种；或者，所述的立体网状结构的导电体的构成材料选自碳或含碳有机物热解形成的碳化物、有机导电材料中的一种或多种；其中，所述的含碳有机物选自蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、环氧树脂、醇酸树脂、维生素C、乙炔、乙烯、丙烯酸树脂、聚乙二醇、聚乙醇、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种；所述的有机导电材料选自聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺中的一种或多种。

根据本发明的构想，所述的磷酸亚铁锂晶粒的尺度为5-800纳米。

根据本发明的构想，所述的立体网状的导电多孔球形颗粒中的孔径为纳米至微米级。

本发明的目的还可通过如下措施来实现：

一种磷酸亚铁锂嵌入立体网状导电体的正极材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)混合、研磨、分散锂源、磷源、铁源化合物和导电体原料，形成均质溶液或乳状液；

(2)将上述均质溶液或乳状液进行造粒，制取含有纳米颗粒的球型前驱体；

(3)将上述球型前驱体在惰性气氛和/或还原性气氛中进行高温热解，以形成嵌入有纳米磷酸亚铁锂的立体网状结构的导电体骨架；然后将热解后的导电体骨架在惰性气氛和/或还原性气氛中进行高温晶化，形成一种由纳米磷酸亚铁锂嵌入立体网状导电体的正极材料。

根据本发明的构想，所述的锂源、磷源、铁源化合物中的锂∶磷∶铁的摩尔比为(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)；所述锂源与所述的导电体原料的摩尔比为1∶(0.001-0.2)。

根据本发明的构想，所述的锂源化合物选自碳酸氢锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、碳酸锂、磷酸锂、乙酸锂、氯化锂、硝酸锂和硫酸锂组成的群组中的一种；所述的铁源化合物选自三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁、草酸亚铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁、醋酸亚铁和硫酸亚铁组成的群组中的一种；所述的磷源化合物选自五氧化二磷、磷酸、磷酸铁、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵、磷酸锂组成的群组中的一种。

根据本发明的构想，所述的导电原料选自金、银、铂、铜、铁、铬、镍、钴、钛、钒、锰、铝等金属导电材料中的一种或多种；或者，所述的导电原料选自碳或含碳有机物热解形成的碳化物、有机导电材料中的一种或多种；其中，所述的含碳有机物选自蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、环氧树脂、醇酸树脂、维生素C、乙炔、乙烯、丙烯酸树脂、聚乙二醇、聚乙醇、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种；所述的有机导电材料选自聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺中的一种或多种。

根据本发明的构想，所述还原性气氛选自氢气、一氧化碳、氨气中一种或多种。

根据本发明的构想，所述惰性气氛选自氩气、氮气、氦气或二氧化碳中的一种或多种。