[发明专利]一种锂电池纳米碳包覆磷酸亚铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法，特别涉及一种锂电池纳米碳包覆磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，属于锂电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂具有理论容量高（170mAh/g理论比容量），结构稳定，安全性能好，循环性能优异，原料来源广泛等优点，被认为是最有前途的锂离子动力和储能电池的正极材料之一。但是该材料低的电导率(室温下约为10^-9 S/cm)和低的锂离子扩散系数导致其高倍率性能差，从而限制它进一步的应用。

目前磷酸亚铁锂的制备方法主要有高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法、液相共沉淀法等等。例如Barker等人（J. Barker, M. Y. Saidi, J. L. Swoyer, Lithium iron(III) phospho-olivines prepared by a novl carbothermal reduction method. Eletrochem. Solid-State Lett., 2003, 6(3): A53-A50.）以三价铁(Fe₂O₃)为铁源，LiH₂PO₄为锂源和磷原，碳为还原剂和碳源，采用高温碳热还原法在Ar气氛中合成制备出了LiFePO₄/C复合材料。由于起始原料的无规则形状，该方法合成的材料颗粒形貌难以控制，颗粒尺寸较大，材料粒径分布不均匀，导致其高倍率性能改进效果并不明显。

Yang等人（J. S. Yang, J. J. Xu, Nonaqueous sol-gel synthesis of high-performance LiFePO₄. Eletrochem. Solid-State Lett., 2004, 7(12): A515-A518.）用非水溶胶凝胶的方法以醋酸亚铁、醋酸锂和磷酸为原料制备了LiFePO₄/C复合材料，平均颗粒尺寸在100-300 nm左右。该制备方法优点是原料混合在分子间进行的，合成温度低，焙烧后产物颗粒细小尺寸均匀，尺寸分布范围窄，相对固相法有着难以比拟的优势，而缺点是：常用成本较贵的二价铁源，锂源消耗较多，制备工艺复杂困难，容易引入Fe³⁺杂质。

发明内容

本发明旨在解决磷酸亚铁锂材料低的电导率的问题，针对现有的制备方法的各种不足，本发明提供了一种锂电池纳米碳包覆磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，该工艺能有效地控制磷酸亚铁锂的粒径和相成分，提高导电性能，改善其电化学性能。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种锂电池纳米碳包覆磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、按Li:Fe:P的摩尔比为1-1.5:1:1称取锂源化合物、三价铁源化合物和磷源化合物，置于反应釜内，同时向反应釜中添加去离子水，然后向反应釜添加还原剂，最后溶液在110-150℃下反应2-10小时的到灰绿色的悬浊液；

B、将步骤A中的灰绿色的悬浊液用去离子水进行离心洗涤后，在60-100℃下干燥6-10小时得到磷酸亚铁锂材料；

C、将步骤B中制备的磷酸亚铁锂材料与碳源催化剂、含碳有机物，按摩尔比为1:0.001-0.005:0.01-1的比例称量后球磨混合均匀，然后置于惰性气氛保护炉中，在450-750℃温度下焙烧2-16小时，自然冷却得到锂电池纳米碳包覆磷酸亚铁锂正极材料。

优选的，本发明在步骤A中，所述的锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂和碘化锂中的一种或者任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的三价铁源化合物为三氯化铁、磷酸铁、硫酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁和硝酸铁中的一种或者任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的磷源化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸、磷酸铁和磷酸二氢钠中的一种或者任意比例的多种。

优选的，本发明在步骤A中，所述的去离子水的加入量为向反应釜中添加去离子水使其填充度为50-80%。

优选的，本发明在步骤A中，所述的还原剂为羧酸类、醛类、羟胺类化合物如氯化羟胺、硫酸羟胺、正丁醛、酒石酸、抗坏血酸和甲酸中的一种或者任意比例的多种。