[发明专利]一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法，合成一种LiFePO₄•mAl₂O₃@LiAlO₂@nC正极材料，其中，m、n为摩尔数，0m≤0.05，0n≤0.05，Al₂O₃为活性金属氧化物，LiAlO₂为快离子导体，C为导电纳米碳材料。LiFePO₄正极材料表面有均匀的包覆层，总厚度约为2.5~10nm，磷酸铁锂形成的二次颗粒粒径均一。实验制备方法为：(1)在保护气氛下对磷酸铁锂基体进行两次升温烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料；（2）将Al₂O₃@LiAlO₂包覆在正极材料表面；（3）将导电纳米碳材料包覆在上述材料上得到最终产物。本发明提高磷酸铁锂正极材料的导电性能、降低其离子传输阻抗，提高了材料的倍率性能，本发明方法制备流程简单，成本低，环境污染少，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其比容量高、循环寿命长、相对环保等优点，在便携式电子器件领域被广泛应用为电源。无论是在储能系统还是动力电动汽车，LiFePO₄ (LFP)作为一种典型的代表性正极材料，由于其结构稳定性好、安全性高、经济可行等优点，在电动汽车或储能站中得到了广泛的应用。

LiFePO₄电池材料中磷酸根具有四面体的结构，该结构限制了电子在晶体中的传导和锂离子的扩散过程，导致磷酸盐化合物存在电导率偏低的普遍现象。LiFePO₄电池电极离子传导率仅为(10^-9-10^-7S/cm)，大电流下循环性能较差，很难应用于快充领域。

目前单一的改性方法并不能有效的解决电导率较差的问题，表面多层包覆是有效改善磷酸铁锂电导率有效方法。因此，针对现有技术不足，实现正极材料倍率性能和循环性能同时提升，提供一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法特别重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。本发明双包覆层具有各自的优点与性能，同时提高材料的机械强度和离子导电率；本发明正极材料组装的电池循环稳定性优异；本发明方法制备流程简单，成本低，环境污染少，适用于工业化生产。

本发明的上述目的之一通过如下技术手段实现：

一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法，合成一种LiFePO₄ • mAl₂O₃@LiAlO₂@nC正极材料，其中，m、n为摩尔数，0m≤0.05，0n≤0.05，Al₂O₃为活性金属氧化物，LiAlO₂为快离子导体，C为导电纳米碳材料，LiFePO₄正极材料表面有均匀的包覆层，总厚度约为2.5~10nm，磷酸铁锂形成的二次颗粒粒径均一。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法，通过如下步骤制备而成：

以摩尔比计，其先将铁源、磷源、锂源混合，摩尔比Li：Fe：P＝1：1：1，然后以乙醇或水为球磨介质，进行球磨混合，合成磷酸铁锂材料前驱体，升温煅烧，先在200～500℃煅烧5～10h，然后在400～650℃煅烧4～8h，煅烧完成后冷却至室温，即得磷酸铁锂电池正极材料。