[发明专利]一种LiFePO4/C复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种LiFePO4/C复合材料的制备方法。

背景技术

橄榄石型结构的磷酸铁锂具有价格低廉、环境友好、稳定性好、理论比容量较高、安全性能高和循环性能好等突出优点，被认为是在动力电车最具潜力锂离子电池正极材料之一。然而，磷酸铁锂本征电子导电率和锂离子扩散速率较低，导致其高倍率充放电性能较差，大大限制了纯磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料在动力电池中的应用。

国内外研究者提出许多改性方法来实现磷酸铁锂的电化学性能提高，碳包覆、离子掺杂和颗粒纳米化是主要的改性手段，其中碳包覆是最有效的方法。选用合适的碳源材料包覆磷酸铁锂颗粒能够形成三维网络结构，缩短Li⁺的扩散路径，从而提高Li⁺的扩散速率，还可以有效减少电极材料与电解液发生的副反应，提高电极材料的可逆容量与循环稳定性。因此制备三维网络结构LiFePO4/C复合材料也是一种很有前途的技术。

目前，磷酸铁锂粉体的制备方法主要有高温固相法、碳热还原法、溶胶凝胶法、水热合成法和微波烧结法等。溶胶凝胶法、水热合成法和微波烧结法由于成本高、技术难度大、产量低等缺点，因此实现产业化很困难。高温固相法和碳热还原法是目前产业化应用较多的工艺方法，两种方法均是先将原料进行混合均匀, 然后在高温下合成磷酸铁锂。但由于高温固相法和碳热还原法制备的材料颗粒较大且混合不均匀，导致最终产品的碳包覆不均匀，且产品纯度不高。采用软化学-流变相法合成LiFePO4/C复合材料可以很好地解决碳包覆不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LiFePO4/C复合材料的软化学-流变相法的制备方法。本发明主要是解决传统固相法中制备的LiFePO4/C复合材料颗粒较大且混合不均匀，纯度低的问题，通过软化学-流变相法可以制备出颗粒较小且分布均匀的LiFePO4/C复合材料。

为实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种LiFePO4/C复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将原料FeC₂O₄·2H₂O、NH₄H₂PO₄、LiCO₃与丙酮按3.7g：2.3g：0.74g:20~45g的比例在球磨罐中进行间歇式球磨,运行12h,在混合好的原料中加入碳源，用磁力搅拌机进行快速搅拌，控制转速为100~300r/min，时间为1~5h，形成黄色流变相混合物；

(2)将步骤（1）中所得到的流变相混合物在鼓风干燥箱中在一定温度条件下将丙酮挥发出去，形成固体前驱体；

(3)将步骤（2）中所得到的固体前驱体放到真空干燥箱中，温度设为50~80℃，真空干燥5~40h，自然冷却至室温取出，获得片状且成分均匀的固体前驱体；

(4)将步骤（3）中所得到的片状且成分均匀的固体前驱体放入玛瑙研钵中进行研磨，之后，过200目筛子，获得粉末状固体前驱体；

(5)将步骤（4）中所得到的粉末状固体前驱体放进气氛保护炉中以1~30℃/min升温至250~500℃，保温2~8h，然后在以1~30℃/min升温至600~800℃，保温5~24h，获得LiFePO4/C活性材料；

(6)将步骤（4）中所得到的LiFePO4/C活性材料用丙酮作为媒介通过行星球磨机进行间歇式湿磨，形成黑色混合物；

(7)将步骤（6）中所得到的流变相混合物中的丙酮在室温条件下挥发出去，形成固体；

(8)将步骤（7）中所得到的固体前驱体放到真空干燥箱中，温度设为60~120℃，真空干燥5~40h，冷却至室温取出，获得片状且成分均匀的固体活性物；

(9)将步骤（8）中所得到的片状且成分均匀的固体前驱体放入玛瑙研钵中进行研磨，之后，过500目筛子获得纳米化的LiFePO4/C复合材料。

进一步的，上述的LiFePO4/C复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤（1）中FeC₂O₄·2H₂O可以用Fe(Ac)₂代替。