[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明基于制备高性能锂离子电池材料和软化学合成工艺，提出了一种制备锂离子电池用的高性能磷酸亚铁制备新方法。

背景技术

能源和环境是人类跨入21世纪必须面临的两个严峻的挑战，开发新能源和可再生清洁能源是当今世界经济中最具决定性影响的技术之一，资源与能源最充分利用和环境最小负担是人类必须向地球履行的承诺，20世纪所建立起来的庞大的能源系统己无法适应未来社会对高效、清洁、经济、安全的能源体系的要求，因此，发展新能源及新能源材料是21世纪必须解决的关键技术之一。绿色二次电池是一种可循环使用的高效洁净新能源，是综合缓解能源、资源和环境问题的一种重要的新型能源电池。近年来迅速发展的便携式电子产品、电动车辆、国防军事装备的电源系统，以及光伏储能、储能调峰电站、不间断电源等众多应用领域，无不显示出二次电池对当今社会可持续发展的支持作用以及在新能源领域中不可替代的地位。目前世界各国都形成了高性能锂离子电池及其关键材料的研究和开发热潮。

目前锂离子电池多原子阴离子正极材料的研究热点主要集中在具有橄榄石结构的LiFePO₄、VOPO₄和具有NASION结构的Fe₂(SO₄)₃、Li₃V₂(PO₄)₃等。具有橄榄石结构的LiFePO₄实际放电容量已经达到理论容量的90%，并且铁系材料具有便宜、无环境污染等特点，被认为是下一代锂离子电池极有希望的候选材料。然而，在LiFePO₄正极材料的电化学过程中当锂脱嵌时，产生Li_xFePO₄/Li_1-xFePO₄两相界面。随锂的不断脱嵌，界面面积减小。当达到临界表面积时，锂通过该界面的迁移就不能再支持该电流，电化学行为受到扩散控制。脱锂后，生成的FePO₄电子和离子导电率均低，成为两相结构，因此，位于粒子中心的LiFePO₄得不到充分利用，本体相中的欧姆电阻、集流体与正极材料本体之间的接触电阻和扩散限制导致LiFePO₄的大电流性能也不好。同时，该材料在合成中也存在以下问题：(1)Fe⁺²易被氧化为Fe⁺³；(2)高温合成过程中颗粒生长不易控制从而限制了它在锂离子动力电池中的应用。本发明主要特征是以含有亚铁离子的可溶化合物为铁源，以磷酸二氢锂为锂源和磷源。在制备过程中先将铁源溶解在一缩二乙二醇（DEG）有机分散溶剂中形成鳌合物，加入少量N,N-二甲基甲酰胺调节溶液的pH值，加入少量抗坏血酸和通入氮气防止亚铁离子的氧化，然后将磷酸二氢锂缓慢加入混合溶液中，将所得到的混合溶液置于集热式恒温磁力搅拌器下搅拌６-８小时得到有效成分沉淀，将沉淀物洗涤后低温干燥后备用。本发明制备方法能够得到结晶度好的纳米级磷酸亚铁锂材料，该材料无需进行热处理和碳包覆，在0.05C倍率下首次放电为146.1mAg/g，３０周后容量几乎没有衰减，循环稳定性好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以有机醇为分散剂制备锂离子电池用磷酸亚铁锂/碳复合材料的新方法。具体内容如下：

（1）制备方法以含有亚铁离子的可溶化合物为铁源，以磷酸二氢锂为锂源和磷源。

（2）在制备过程中先将铁源溶解在有机醇如：一缩二乙二醇（DEG），分散溶剂中形成鳌合物，然后加入少量有机胺如：N,N-二甲基甲酰胺，调节溶液的pH值，加入少量抗坏血酸和通入氮气防止亚铁离子的氧化。

（3）将磷酸二氢锂（或磷酸与氢氧化锂）缓慢加入混合溶液中。

（4）将所得到的混合溶液置于集热式恒温磁力搅拌器下搅拌６-８小时得到有效成分沉淀，将沉淀物洗涤后低温干燥后备用。

（5）本发明得到结晶度好的纳米级磷酸亚铁锂材料无需进行热处理和碳包覆，材料的电化学循环稳定性好。

 (6). 本制备方法采用节能、低碳、环保、经济的绿色合成路线，无环境污染，易工业化。

附图说明：

图1是合成的LiFePO₄材料的XRD图。

图2是合成的LiFePO₄材料的红外光谱图。

图3和图4是合成的LiFePO₄材料的TEM图。