[发明专利]有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料的制备技术领域。用磷酸铁、碳酸锂，柠檬酸、葡萄糖、沥青中的一种或两种混合作为碳源，酒精作为溶剂，在高速球磨罐中进行球磨混合，在对混合溶液烘干，高温烧结得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料。本发明利用生活中常见的有机碳作为碳包覆的碳源，易获取，成本低，碳的包覆有利于增强材料的导电性，降低材料的表面阻抗，且包覆会减少材料的团聚现象，减小离子的扩散路径，改善材料的电化学性能，所述的工艺方法采用球磨辅助高温固相法，操作简单，安全系数高，利于批量生产。该方法制备的磷酸铁锂正极材料，在0.2C的电流密度下显示出168.4mAh/g的高容量，循环100圈后，容量几乎无衰减，具有良好的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备领域，特别涉及有机碳源包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、比容量高、安全稳定、循环性能好和工作温度范围宽等优点，被广泛应用。随着新能源汽车的推广，高性能锂离子电池最有希望成为电动汽车的动力电源之一。正极材料是锂电池的核心部分，其性能直接决定着锂离子电池产品的性能指标。橄榄石结构的磷酸铁锂，理论比容量较高（170mAh/g），结构稳定、循环寿命长、价格便宜、环境友好，被认为是最有发展潜力的锂离子动力电池用正极材料，但磷酸铁锂存在电子导电性较差和离子扩散系数低的缺陷,严重限制了锂离子电池的电化学容量,因此开展磷酸铁锂制备工艺和性能强化研究对磷酸铁锂的性能提升具有重要意义。

目前，针对磷酸铁锂正极材料的改性方法主要有碳包覆，杂原子掺杂，颗粒纳米化，改善制备工艺等，碳包覆是改善和提高橄榄石型磷酸盐性能的一种简单、直接、有效地方法。碳的包覆能够在颗粒之间形成导电网络，提供有效得到电子和离子传输通道，并且能在一定程度上抑制反应过程中磷酸盐颗粒的长大从而避免团聚加快电子的传输速率，碳的多孔结构可以吸收电解液，从而增加电解液与活性物质的接触面积，明显的提高材料的电子电导率，减弱电池的极化现象，提高材料的循环稳定性和倍率性能。

在碳材料包覆研究报道中，有机碳材料被认为是一种可以有效改善锂离子电池正极材料电化学性能的有效方法。河南师范大学的张等人以蔗糖作为碳源 ，通过溶胶凝胶法合成了活性碳包覆的颗粒尺寸为 1~2μm 的不规则球形的LiFePO₄正极材料，当放电电流密度为 0.1C 时，其比容量达到163.5 mAh/g，经过 110 次循环，比容量保持率为91.1%，并且具有良好的循环稳定性和倍率性能 ；华中科技大学的陈等人通过原位聚合法制备了聚苯胺(PANI)包覆正极复合材料LiFePO₄/PANI。PANI具有优异的导电性和可逆氧化还原性，使用PANI作为涂层材料能促进电子传导，参与电极反应以提高电极材料的电化学性能。LiFePO₄/PANI展现出优异的放电比容量和倍率性，在0.2C 和10C下，初始放电容量分别达到165mAh/g和123mAh/g；沈阳化工大学的王娟的能人以LiH₂PO₄、Fe₂O₃及葡萄糖为原材料,采用高温高能球磨法制备了性能优良的碳包覆磷酸铁锂正极材料，所得LiFePO₄/C材料为类球型橄榄石型结构,平均粒径为0.5μm;在0.1 C充放电倍率下,首次放电比容量为152.5mAh/g;不同充放电倍率下,60次循环后放电比容量基本不变，展现出优异的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法，通过对现有的磷酸铁锂电池制备工艺进行改进，进一步有效提高磷酸铁锂电池的电子电导率，细化晶粒，从而提高磷酸铁锂电池的容量和循环稳定性。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种有机碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括

步骤一：称取原材料置于球磨罐中，加入酒精作为溶剂，球磨得到混合溶液；