[发明专利]一种具有高寿命的锂电池正极复合材料

说明书

技术领域

本发明属于锂电池研发技术领域，具体涉及一种具有高寿命的锂电池正极复合材料。

背景技术

锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。但是由于锂电池的很多优点，锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是，锂电池多数是二次电池，也有一次性电池，少数的二次电池的寿命和安全性比较差。

在锂电池结构中，正极材料所占比重较大，目前对于锂电池正极材料的研究有很多，较为成熟的为橄榄石型的嵌锂化合物，如磷酸铁锂，其安全性非常好，成本很低，但也存在着离子和电子导电性差的问题，导致锂电池耐用性差，寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种具有高寿命的锂电池正极复合材料，不仅解决了LiFePO₄聚团现象的问题，而且改性后的结构，电容得到极大的扩充，解决了离子和电子导电性差的问题，提高了锂电池的可逆容量和循环寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有高寿命的锂电池正极复合材料，利用水热合成法合成纳米LiFePO₄，与中空结构的碳球结合，通过壳层进入中空结构的内部，得到一种碳包的锂电池正极复合材料，其合成方法包括以下步骤：

（1）将2.78g的 FeSO₄•7H₂O溶解在10mL的去离子水中，在磁力搅拌下加入30mL的无水乙醇，搅拌10-15分钟后加入0.42g的LiOH·H₂O，在磁力搅拌器下搅拌溶解，然后加入2.57g的(NH₄)₃PO₄·3H₂O，继续搅拌10-15分钟，至均一状态，对其进行加热，蒸发除去无水乙醇；

（2）将除去无水乙醇的溶液倒入容积为50mL的特氟纶高压器中，设定反应温度为150-170℃，反应时间为10-12 h，反应结束后冷却至室温，得到静置沉淀，倒出上面澄清液体，然后用去离子水和无水乙醇对沉淀物洗涤8-10次，在真空干燥箱中干燥6-8h，干燥温度为50-60℃，得到LiFePO₄ 粉末，转移到马弗炉中煅烧5-6小时即得纳米LiFePO₄ ；

（3）将得到的纳米LiFePO₄溶于20mL的无水乙醇中，在磁力搅拌下滴加0.2mL的质量浓度为35%盐酸，搅拌3-5分钟后，向上述体系中添加0.3-0.5克的碳球，搅拌均匀后转入容积为50mL的特氟纶高压器中，设定反应温度为170-180℃，反应时间为8-10 h，得到产物，用去离子水和无水乙醇对产物洗涤8-10次，在真空干燥箱中干燥6-8h，干燥温度为50-60℃，即得所述复合材料。

作为对上述方案的进一步改进，所述中空结构的碳球制备方法为：将8g的葡萄糖溶解在80mL的去离子水中，搅拌溶解至澄清液，转移到100mL的反应釜中，在160-180℃下反应8-10小时，得到产物，先用去离子水洗涤3-5次，再用无水乙醇洗涤2-3次，在真空干燥箱中干燥3-5h，干燥温度为55-60℃，得到黑色的碳球。

作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）和（3）中去离子水和无水乙醇洗涤方法为：使用超声波清洗仪先用去离子水洗涤4-6次，再用无水乙醇洗涤2-4次，每次超声时间为50-60s。

作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）中马弗炉的升温速度为每分钟升温3-5℃，直至升温到760-800℃。

作为对上述方案的进一步改进，所述中空结构的碳球粒径大小为100-120纳米。