[发明专利]一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法

说明书

本发明提供了一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法，包括如下步骤：1)将铁源、磷源、锂源、M金属离子源、有机配体及大分子模板剂混合溶解于溶剂中，并调节pH值至1～2，搅拌形成均匀的溶液；2)将步骤1)得到的溶液于常温下继续搅拌1～3h后，60℃～90℃加热搅拌，直至形成溶胶；3)将步骤2)得到的溶胶转移至烘箱中，80℃～120℃下烘干陈化12～24h得到干凝胶；4)将步骤3)得到的干凝胶转移至气氛炉中，惰性气体保护下650℃～750℃烧结5～15h；5)将步骤4)的烧结料冷却后过筛即得到磷酸铁锂正极材料。本发明采用溶胶凝胶法，制备得到的磷酸铁锂正极材料具有优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，环境问题日益凸显，伴随着国家新能源战略的兴起，锂离子电池作为一种清洁能源，因体积小、能量密度高及安全环保等优势，从上世纪90年代初发展至今，已经得到了广泛的应用。

磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料具有原料来源广、价格低廉、材料热稳定性好、电压平台高、循环寿命长、无毒无害和安全性高等优势，使其从众多正极材料中脱颖而出，成为目前动力型和储能型锂离子二次电池正极材料的首选。然而，磷酸铁锂正极材料仍存在两个明显的不足之处：一是材料的压实密度低，导致其能量密度低；二是其电子电导率和离子电导率低，导致低容量及倍率性能差。

针对磷酸铁锂材料由于电子电导率和离子电导率低而导致差的倍率性能，目前的主流方法是在材料颗粒表面包覆碳层来提高材料的电子电导率，及通过颗粒的纳米化缩短锂离子的扩散路径来提高材料的离子电导率，但其倍率性能仍难以满足市场的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法，以克服现有技术的不足，大幅增加材料的离子及电子电导率，提升材料的倍率性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法，包括如下步骤：

1)将铁源、磷源、锂源、M金属离子源、有机配体及大分子模板剂混合溶解于溶剂中，并调节pH值至1～2，搅拌形成均匀的溶液；可以选用盐酸来调节pH；pH值过低加热搅拌时不易形成溶胶，pH值过高在常温搅拌时易产生氢氧化铁或磷酸铁沉淀。

2)将步骤1)得到的溶液于常温下继续搅拌1～3h后，60℃～90℃加热搅拌，直至形成溶胶；

3)将步骤2)得到的溶胶转移至烘箱中，80℃～120℃下烘干陈化12～24h得到干凝胶；

4)将步骤3)得到的干凝胶转移至气氛炉中，惰性气体保护下650℃～750℃烧结5～15h；

5)将步骤4)的烧结料冷却后过筛即得到磷酸铁锂正极材料。

优选的，步骤1)中，所述的铁源包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁及草酸亚铁的一种或两种以上的混合物；所述磷源为磷酸或磷酸二氢锂的一种或两种；所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或硝酸锂的任意一种或至少两种组合；所述M金属离子源为醋酸锰、氯化锰、硝酸钴及醋酸钴的一种或两种以上混合物。

优选的，步骤1)中，所述有机配体为二甲基咪唑或对苯二甲酸；所述大分子模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚醚F127的一种或两种以上混合物；所述溶剂为纯水或纯水与N,N-二甲基甲酰胺的混合液。

优选的，步骤1)中，大分子模板剂与铁源、溶剂的质量比为1∶(1～5)∶(10～40)。