[发明专利]一种纳微复合结构磷酸铁锂正极材料及其共沉淀制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种纳微复合结构磷酸铁锂正极材料及其共沉淀制备方法。

背景技术

电导率和锂离子迁移速率是两个最重要的决定磷酸铁锂倍率性能的动力学参数。磷酸铁锂的电导率低主要通过在其表面包覆碳或磷化铁导电相来改善。而锂离子迁移速率慢的问题主要通过纳米化LiFePO₄晶粒来解决，从而减少锂离子在晶粒中的迁移距离。但是，纳米化LiFePO₄晶粒又会降低磷酸铁锂材料的振实密度，而振实密度对最终成品电池的体积比能量密度有着至关重要的影响。因此，制备一种纳微结构的磷酸铁锂材料非常重要，它既能保持微米材料较高的振实密度，从而使成品电池具有较小体积，又具有纳米材料的优异锂离子迁移速率，从而使成品电池具有较高的倍率性能。

已有的技术表明，纳微复合结构的磷酸铁锂材料可以通过喷雾热解法和溶剂热合成方法制备。但是，喷雾热解法需要使用热空气作为载体来获得磷酸铁锂的前驱体，而溶剂热合成方法需要在一定的温度和压力的条件下采用高压反应釜来获得磷酸铁锂。而本发明采用的化学共沉淀方法可以在常压条件下、不使用任何气体载体来制备纳微复合结构的磷酸铁锂材料，是一种成本低廉、简单有效的软模板方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种纳微复合结构磷酸铁锂材料及其共沉淀制备方法，该方法通过适量的分子表面活性剂的添加和工艺参数的合理控制，有效控制了磷酸铁锂的形貌，获得了具有纳微复合结构的磷酸铁锂材料，该制备方法简单、有效。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纳微复合结构磷酸铁锂正极材料的共沉淀制备方法，包括以下步骤：

1)向含有铁源、锂源以及磷源的化合物水溶液中加入分子表面活性剂，在高速搅拌的条件下得到前驱体溶液，其中，所述前驱体溶液中铁、锂和磷的原子百分比为1∶(0.9～1.1)∶(0.9～1.1)；所述分子表面活性剂质量占化合物水溶液质量的0.01％～5％；

2)将步骤1)中所述前驱体溶液静置，然后用去离子水清洗，过滤、烘干，得到前驱体粉末；

3)向前驱体粉末中加入碳源，然后研磨混合均匀，经过焙烧、冷却后，得到纳微复合结构磷酸铁锂正极材料，其中，所述碳源占前驱体粉末质量的2％～15％。

步骤1)中所述分子表面活性剂为分子量大于1000的水溶性非离子表面活性剂。

所述水溶性非离子表面活性剂为：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或纤维素醚。

所述碳源为蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸、抗坏血酸、纤维素、石墨、碳黑、碳微球、碳纳米管、碳纳米纤维或碳凝胶。

所述步骤1)中高速搅拌过程中控制温度为-5℃～5℃。

所述步骤1)中高速搅拌时间大于1h。

一种纳微复合结构磷酸铁锂正极材料，所述纳微复合结构磷酸铁锂正极材料由LiFePO₄纳米晶复合而成的微米球状粒子构成，LiFePO₄纳米晶的尺寸为20nm～100nm，微米球状粒子的尺寸为1～3μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明提供了一种纳微复合结构磷酸铁锂正极材料的共沉淀制备方法，采用的化学共沉淀方法能够在常压条件下，通过向含有铁源、锂源以及磷源的化合物水溶液中添加分子表面活性剂，高速搅拌后，静置、清洗，过滤、烘干，得到前驱体粉末，最后加入碳源研磨，得到纳微复合结构磷酸铁锂正极材料，该过程中不使用任何气体载体或使用任何高压设备来制备纳微结构的磷酸铁锂材料，使得制备方法简单，成本低廉，是一种有效的软模板方法。

2、本发明制备的纳微复合结构的磷酸铁锂，既具有纳米材料优异的优异锂离子迁移速率10^-9～10^-13cm²S^-1，又同时保持了微米材料较高的振实密度1.30g·cm^-3。

3、本发明制备的纳微复合结构的磷酸铁锂，纳米晶的尺寸为20nm～100nm，微米球的尺寸为1～3μm；

4、采用本发明制备的纳微复合结构的磷酸铁锂正极材料组装的纽扣半电池化学性能优良，在2C下首次放电容量达125mAh/g～135mAh/g，放电平台为3.2～3.3V左右，放电平台平坦；在1C下循环容量为130mAh/g～150mAh/g,500次循环下电池容量不衰减。

附图说明