[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料制备和新能源领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，全球都在寻找新的可再生资源，可再生资源如太阳能、风能、潮汐能、地热能等具有地域性喝时间性的特点。要充分利用这些资源，需要智能电网或者大规模的储能系统。锂离子电池作为储能电势有着良好的应用前景。另一方面，石化能源的日益枯竭迫使人们开发混合电动或纯电动交通工具，其核心部件电池成为研究重点。锂离子与其他电池相比其较高的能量密度，良好的安全性和较长的使用寿命而备受亲睐。

磷酸铁锂材料作为锂离子电池正极材料，以其原料丰富、价格低廉、绿色环保、工作电压适中、热稳定性好等优点，引起了人们的广泛关注。

经过多年的研究发展，其性能得到了明显的改善，但是，磷酸铁锂仍存在离子传导率和电子传导率均较低的问题，高倍率充放电时性能较差。目前对磷酸铁锂材料的改性研究主要通过以下几种方式：(1)纳米化处理，减小合成磷酸铁锂的晶粒尺寸可以提高磷酸铁锂的离子传导率。晶体颗粒半径越小，锂离子在离子中的固相扩散过程越短，锂离子嵌入脱出就越容易；(2)元素掺杂，在材料晶格中引入杂原子以提高材料的电导率，但是其可行性和工作机理目前尚部清晰，效果不明显，也会随着随着元素掺杂量的增加容量降低；(3)掺杂导电剂，可以提高材料的电子导电率，大部分采用碳包覆技术，因碳材料形式复杂，大部分碳包覆后的磷酸铁锂材料振实密度会大大降低，加工性能会受到一定的影响。

关于磷酸铁锂材料的改性研究比较多，但是目前还未发现在前驱体中加入碳源结合烧结过程中气相沉积SiC来合成小粒径且具有紧密的SiC/C碳包覆层的磷酸铁锂材料的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按照摩尔比Li∶Fe∶P∶C＝1.02∶1∶1∶0.2～0.5称取锂源、草酸亚铁、磷酸二氢铵、有机碳源，以酒精或丙酮为分散剂进行球磨分散处理，再进行真空干燥处理获得前驱体；

2)将所述前驱体置于管式炉中550℃条件下，氮气保护下进行预烧，升温速率5℃/分钟，保温时间5小时，自然冷却降至室温，对预烧料进行粗粉碎；

3)将经过粗粉碎的预烧料置于管式炉中进行二次烧结，在惰性气体保护下以5℃/分钟的升温速率升至700-750℃，保温8-15小时；升温过程中惰性气体进气压力为0.15MPa，流量为0.1L/min；当温度达到设定温度后，引入碳源气体和硅源气体进行气相沉积包覆，气相沉积过程中碳源气体进气压力0.1～0.2MPa，流量为0.04～0.12L/min；硅源气体进气压力0.1～0.2MPa，流量为0.04～0.12L/min；同时调节惰性气体进气压力0.1～0.2MPa，流量为0.04～0.12L/min；气相沉积时间30min-240min后，关闭碳源气体和硅源气体进气，保持惰性气体进气压力0.15MPa，流量为0.1L/min；在此惰性气氛下完成余下的烧结过程，并自然冷却至室温，即得到具有表面C/SiC包覆层的磷酸铁锂正极材料。

作为优选，步骤1)中所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氟化锂中的一种或至少两种的组合；所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、环氧树脂或聚乙烯中的一种或至少两种的组合。

作为另一个优选，步骤3)中所述的碳源气体为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯中的一种或至少两种的组合；所述硅源气体为甲硅烷、乙硅烷、四氟化硅中一种或至少两种的组合。

还有一个优选，步骤3)中所述的惰性气体为氦气、氮气和氩气中的一种或至少两种的混合气体。

本发明的有益效果是：

结合在前驱体中加入碳源并在后续的热处理过程中通过化学气相沉积过程引入SiC，有效抑制了传统固相反应过程中晶体颗粒的长大，实现了在磷酸铁锂材料表面均匀包覆C/SiC层，这种材料具有优异的倍率充放电性能和加工性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明磷酸铁锂正极材料的制备方法实施例3所获得磷酸铁锂材料的TEM图。

图2是本发明磷酸铁锂正极材料的制备方法实施例3中所获得磷酸铁锂材料的SEM图。