[发明专利]一种复合磷酸盐铁锂电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料及其制备方法，尤其涉及一种复合磷酸盐铁锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是1991年开始商品化的新型化学电源，具有能量密度高、工作电压高、负载特性好、充电速度快、循环寿命长、安全无污染等优点，目前广泛应用于便携式电子设备，年产量增长非常迅速。

目前，主要应用于锂离子电池的正极材料是嵌锂过渡金属氧化物，研究最早的是具有α-铁酸钠(α-NaFeO₂)型层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMnO₂)和具有尖晶石结构的尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)及它们的掺杂化合物。其中层状结构的LiCoO₂是最早开发的正极材料，虽然其性能稳定，容易制备，可逆性好，但是毒性较大且价格昂贵，因而应用受到限制。LiNiO₂则因其合成困难及比LiCoO₂更差的过充安全问题而限制了它的应用。人们期望层状LiMnO₂尽管有很高的嵌锂容量，但其在充放电过程中的晶体结构易发生塌陷而向尖晶石构型转变，导致充放电容量下降，循环性很差，制约了其实际应用。

碳化硅（SiC）又名金刚砂或耐火砂，其硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。

目前锂电池的合成方法有水热合成法、液相共沉淀法、溶胶-凝胶法等合成方法，虽然能合成粒度较均一、粒径较细小的LiFePO₄材料粉体，缩短了Li⁺的扩散路径，但对材料导电性能的改善却不明显，而且上述方法还存在对设备要求高或工艺较复杂等缺点，不易进行产业化生产。

采用单纯掺杂碳的方法也比较普遍，碳黑用量较多，由于碳黑的密度比LiFePO₄ 的要小得多，从而会明显地降低材料的真密度，从而也降低了材料的体积比能量和体积比功率；而直接掺杂金属粉末方法的工艺过程易发生金属粉末沉降，金属粉末出现一个自上而下的浓度梯度，使金属粉末在LiFePO₄材料中的分布不均匀，从而影响了材料的电性能。

发明内容

本发明提供了一种复合磷酸盐铁锂电池正极材料的制备方法，用于提高锂离子电池正极材料中磷酸亚铁锂的电化学性能，主要提高可逆容量、循环性能和高倍率性能。 

本发明的复合磷酸盐铁锂电池正极材料由95wt%的LiFePO₄和5wt%的SiC组成，其中SiC的粒径大于50μm，按照以下步骤进行：

(1) 将草酸锂、磷酸二氢胺和草酸亚铁混合球磨，所述锂、铁和磷元素的摩尔比为1∶1∶1，干燥后在惰性气体保护下400-500℃预热3-5小时；

(2)在上述的混合物中加入适量的SiC，所述混合物与SiC的重量比为19：1；

(3)将步骤(2)得到的混合物在在微波炉中加热，微波功率调至500-800W，控制时间为10-30分钟；

(4)将微波加热后的产物压片，惰性气体保护下，进行焙烧，焙烧温度为300-500℃，焙烧时间为10-15小时。

在更进一步的实施方案中，所述的SiC的粒径优选为100μm；所述的步骤（1）的预热温度优选为400℃；所述的步骤（1）的预热时间优选4小时；所述的微波功率优选调至800W；所述步骤（3）的时间优选控制为10分钟；所述的焙烧温度优选为400℃；所述的焙烧时间优选为10小时；所述的惰性气体是氮气、氩气或者氢氩混合气体中的一种。

本发明技术方案克服了已有技术的合成周期长、能量消耗高等缺点，同时提高锂离子电池正极材料中磷酸亚铁锂的电化学性能，如可逆容量、循环性能和高倍率性能。

另外，由于随着碳化硅颗粒尺寸的增大，其导电性能也增加。本发明选用尺寸大于50μm，尤其是尺寸为100μm的SiC作为原料，极大的提高锂电池正极材料的电化学性能。

附图说明

图1为LiFePO₄/SiC样品a（SiC为50μm）和纯LiFePO₄在0.1C电流密度下放电比容量对比图； 

图2为LiFePO₄/SiC样品b（SiC为100μm）和样品a在0.1C电流密度下的放电比容量对比图。

具体实施方式