[发明专利]导电改性磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种导电改性磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

近年来由于化石能源的不断枯竭和环境污染的日益严重，电动汽车（EV）、混合动力车（HEV）等的研究开发势在必行。目前，制约电动汽车发展的瓶颈是能否开发出价廉、安全、环境友好的二次电池。锂离子电池由于兼具高比能量及高比功率等特点，被公认为是最具发展潜力的电动车动力电池。锂离子电池还以其具有工作电压高、体积小、质量轻、比能量大、无记忆效应、自放电率低、寿命长和对环境无公害等优点广泛应用于能源储备、交通运输、移动通讯等行业以及笔记本电脑、摄像机、蓝牙耳机等小型移动电子设备等领域。

锂离子电池中的正极材料占电池总成本的40%左右，而且锂离子电池的安全性也很大程度上取决于正极材料。因此，对于锂离子电池来说，正极材料是决定其电化学性能、安全性能以及价格成本的关键因素。目前，锂离子电池的正极材料主要采用钴酸锂（LiCoO₂）、镍酸锂（LiNiO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、镍钴锰三元系（LiNi_xCo_1- x- yMn_yO₂）以及磷酸铁锂（LiFePO₄）。在各种储锂正极材料中，磷酸铁锂（LiFePO₄）由于其安全性能好、循环寿命长、原料储量丰富、价格低廉、环境友好等优点脱颖而出，被认为是用于电动汽车或混合动力车的下一代大尺寸锂离子电池最有前景的正极材料。

然而，较低的电子电导率和锂离子扩散系数制约了LiFePO₄材料大倍率充放电性能。近年来，人们发现控制材料粒径和导电改性是提高LiFePO₄材料大倍率性能的有效途径。为了得到电化学性能良好的LiFePO₄材料，人们开发了各种制备LiFePO₄材料的方法，如专利文献201110021060.8（一种锂离子电池中的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法）、专利文献201010111172.8（一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法）、专利文献201110005878.0（复合型还原剂制备高性能磷酸铁锂正极材料的方法）、专利文献201010153784.3（一种通过二次烧结制备高容量磷酸铁锂正极材料的方法）、专利文献201110003992.X（一种掺碳磷酸铁锂正极材料的制备方法）、专利文献201110259971.4（锂离子正极材料磷酸铁锂的全固相制备方法）、专利文献201110314514.0（一种表面碳包覆的锂电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法）、专利文献201110110625.X（一种低温固相法制备碳包覆磷酸铁锂正极材料的方法）、专利文献201110178031.2（锂离子电池正极材料磷酸铁锂的水法固相法合成工艺）、专利文献200910183504.0（改进的低热固相法合成磷酸亚铁锂材料的工艺）、专利文献200810032412.8（化学气相沉积法辅助固相法合成LiFePO₄/C材料的方法）、专利文献200710059806.8（锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法）等等。

尽管在实验室中采用多种路线来制备LiFePO₄材料，因简单的工艺和较低的成本，传统而简单的固相反应法几乎是唯一被大规模商业化生产所采用的方法。该方法典型的工艺流程为：以碳酸锂、氢氧化锂等为锂源，乙酸亚铁、乙二酸亚铁和磷酸铁等为铁源，磷酸二氢铵为磷源，将原料球磨或碾钵内混合，在不同气氛中高温焙烧反应，然后冷却。通常采用各种有机物作为碳源，将其与其他原料以化学计量比混合，在惰性气氛中高温焙烧反应得到导电改性的LiFePO₄材料。

通常采用的固相反应法原料不能混合均匀，因此常利用机械球磨法对其前驱体进行混合。然而机械球磨有它自身的不足：①耗时；②耗材；③易引入杂质等缺点。所以为了减少产业化中的成本、简化制备流程以及提供材料性能，有必要研究一种避免使用传统机械球磨法混料的新工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备锂离子电池正极材料导电改性LiFePO₄的简便方法，特别是前驱体的配制工艺，以解决现有技术存在的问题。