[发明专利]一种LiFePO4

说明书

本发明涉及一种LiAlO₂表面修饰的含碳和氧化锌的LiFePO₄复合正极材料及其制备方法，通过在磷酸铁锂颗粒中嵌入碳和氧化锌，可以提高导电性并可以改善其循环特性，用LiAlO₂对含碳和氧化锌的LiFePO₄材料进行包覆改性，能够增加锂离子扩散率和导电性，进而能够提高磷酸铁锂材料的循环性能和倍率性能，使得制得电池的放电比容量和容量保持率都有所提高。并且本发明的制备方法简单、成本低、便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种LiAlO₂表面修饰的含碳和氧化锌的LiFePO₄复合正极材料及其制备方法。

背景技术

1997年Padhi等人首次将正交橄榄石结构的LiFePO₄用作锂离子电池正极材料，LiFePO₄因其具有理论比容量高、价廉、安全、环保等多种优点，成为一种非常有前景的锂离子电池正极材料。近年来，对该材料的研究已逐渐成为各国科研工作者的研究热点。然而，由于LiFePO₄的电子导电率和锂离子扩散速率都很较低，使得其高倍率下的电化学性能很差。因此，如何提高的导电率和离子扩散率成为研究的热点，而对其进行改性是一种较为普遍的方法，当前，对LiFePO₄改性的主要方式包括：1)表面包覆电子导体，如碳、金属、导电高分子等；2)表面包覆快离子导体；3)细化颗粒及合成特殊纳米结构的粒子；4)离子体相掺杂改性。同时，锂离子电池的循环寿命也是本领域中的研究热点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明要提供一种LiAlO₂表面修饰的含碳和氧化锌的LiFePO₄复合正极材料及其制备方法，该复合正极材料具有较高的导电率和离子扩散率，并且具有较高的循环寿命，使得放电比容量和容量保持率都有所提高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种LiAlO₂表面修饰的含碳和氧化锌的LiFePO₄复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)按照LiFePO₄中摩尔比称取锂源、铁源和磷源溶解在去离子水中，然后加入有机络合剂，搅拌1-2h，得到混合溶液，然后加入氧化锌纳米粉，继续搅拌0.5-1h，得到混合物；

2)将上述混合物在60-100℃下加热搅拌并超声波处理5-8h，去除去离子水，得到凝胶产物，将所述凝胶产物在真空干燥箱中进行真空干燥，之后取出干燥物进行球磨破碎，冷却至室温，得到粉体；

3)将上述粉体在惰性气氛中进行热处理，然后自然冷却至室温，得到含碳和氧化锌的LiFePO₄材料，形态为多个LiFePO₄一次颗粒构成的二次颗粒，其中碳和氧化锌至少部分嵌入LiFeO₄二次颗粒中由一次颗粒形成的间隙中；

4)将锂源、铝源按照摩尔比1：1溶于去离子水中，然后加入上述含碳和氧化锌的LiFePO₄材料，搅拌均匀，随后干燥，形成凝胶体，然后将凝胶体在温度80-100℃的真空干燥箱里真空干燥15-20h，取出干燥物进行球磨破碎，冷却至室温，得到粉末；

5)将上述粉末在惰性气氛中进行热处理，然后冷却至室温，得到LiAlO₂表面修饰的含碳和氧化锌的LiFePO₄复合材料，即复合正极材料。

步骤1中，有机络合剂与锂源、铁源和磷源的金属离子总量的摩尔比为 1:(1-2)，其中有机络合剂为柠檬酸。

步骤1中，氧化锌与锂源、铁源和磷源的金属离子总量的摩尔比为 (0.1-0.3):1。