[发明专利]一种正极材料碳含量的建模方法

说明书

本发明公开了一种正极材料碳含量的建模方法，包括步骤：第一步，采用预设正极材料磷酸铁锂的碳包覆合成工艺，进行多次制备碳包覆的正极材料磷酸铁锂的化学反应试验，测量记录每个化学反应试验过程中的碳源添加量W、烧结温度T和烧结时间t以及理论碳含量、成品实际碳含量C；第二步，根据在化学反应试验过程中，测量获得的每个成品实际碳含量C及其对应的碳源添加量W、烧结温度T和烧结时间t，建立数学模型{W、C}，{T、C}和{t、C}；第三步，根据预设的计算公式，计算合成磷酸铁锂的成品实际碳含量C。本发明能够对合成磷酸铁锂的化学反应过程中所需要的成品实际碳含量进行计算，保证正极材料磷酸铁锂的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种正极材料碳含量的建模方法。

背景技术

锂离子电池是世界公认的高性能新型环保电源装置，已广泛在社会各个行业得到了应用。随着石油资源的危机和城市空气的污染，城市汽车被认为是罪魁祸首，世界各国都在积极寻找解决问题的办法，电动汽车的研究进入人们的视野，

与此同时，锂离子电池的研究热度逐渐提高。目前，锂离子电池正极材料研究较多的有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、二元及三元材料等。虽然这些材料在某些方面的性能都很好，但有些致命的缺点，不太适合用作电动汽车等设备的锂离子电池。

LiCoO₂是目前应用最广泛的电池材料，虽然其容量高，放电电压也比较高，但是制造成本大，毒性大，并且安全性差；而LiNiO₂稳定性不好，制备困难，LiMn₂O₄具有容量低和容量保持率差的缺点。

橄榄石型的LiFePO₄材料自从1997年被Goodenough等人发现以来，因其具有可逆比容量高(170mAh·g-1)、充放电电压适中(3.4V)、原料无毒廉价及结构稳定等优点，最有希望成为大容量新型锂离子电池的正极材料，已经成为锂离子电池正极材料的研究热点之一。

磷酸铁锂碳包覆的研究，成为当前研究的热门。为了能够让电池进行快速充放电，高的电子导电率和快的锂离子扩散系数非常关键。在商业化制备电极的过程中，高导电添加物如碳黑、石墨、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等，经常被加入到活性材料中来提高电极的导电性。但是，当磷酸铁锂的颗粒足够小(纳米级)，需要大量的导电碳，才能够均匀的包覆完整每一个颗粒，但是，导电添加物的分散问题也是一个挑战。最常用的提高导电性的方法是在制备磷酸铁锂过程中加入含碳有机物，经热处理过后的热解碳会包覆在磷酸铁锂颗粒的表面。碳包覆能够使Li FePO₄/C复合物形成核壳结构，均匀碳包覆与局部的碳包覆相比较，对于磷酸铁锂电化学性能的改善有更好的效果。碳包覆不仅能够提高活性物质的导电性，改善电极的高倍率性能，而且能够阻碍颗粒在热处理过程中的长大，减小粒径。另外，碳作为还原剂能够防止Fe²+转变为Fe³+，确保材料的纯度。但是过量的碳包覆，也会带来诸如振实密度下降，增加成本等负面作用。

涉及到碳包覆，主要由两个方面的因素值得探讨，一是碳包覆中碳源的种类问题，二是碳包覆的结构问题(如核壳结构等)。无论有机碳源和无机碳源的添加，在反应过程中，都起到还原和包覆的作用，但是，其中碳含量，对碳包覆的效果至关重要。

对于磷酸铁锂的碳含量来说，对磷酸铁锂的纯度和后续加工影响关键。但是，目前还没有一种技术，其能够对合成磷酸铁锂的化学反应过程中所需要的碳含量进行计算，保证正极材料磷酸铁锂的电化学性，进而提高锂离子电池的整体性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种正极材料碳含量的建模方法。

为此，本发明提供了一种正极材料碳含量的建模方法，其包括以下步骤：