[发明专利]一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，本发明制备的锂离子电池用碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材料，采用了特定工艺制备的多孔碳和多孔硅复合后的材料对磷酸亚铁锂进行包覆，使得碳硅均匀的分布于磷酸亚铁锂中，多孔结构更是使得包覆结构更为紧密，因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的导电性能和良好的循环稳定性，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

主权项

一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备多孔硅将正硅酸乙酯在含有十六烷基三甲基溴化铵的有机模板的乙二醇溶液中热解，制备多孔的二氧化硅，将得到的含有模板的多孔二氧化硅过滤、离心、清洗，干燥，然后在空气中500‑700℃的温度下进行3‑7小时的热处理去掉模板，得到多孔二氧化硅；将多孔二氧化硅与镁粉按照质量比为1:5‑5:1混合研磨，然后在惰性气氛下700‑900℃加热还原2‑5小时制备多孔硅，将得到的产物经稀盐酸清洗，去除产物中的金属氧化物以及为完全反应的金属还原剂，干燥，得到多孔硅；(2)制备多孔碳材料首先按1∶1‑1∶3的重量比将酚醛树脂和乙二醇混合搅拌均匀，随后加入酚醛树脂和乙二醇总重量8‑10％的苯磺酰氯混合均匀制成混合物，将混和物浇注到模具中，在50‑70℃下保温2‑5h，将初固化后的试样脱模，对试样进行深度固化处理，在初始温度60‑80℃时保温10‑12h，然后温度每增加15℃保温6‑8h，直至温度升至150‑180℃再保温8～16h，在N₂保护下进行碳化，由室温升至600℃，保温1h，升温速率为1‑5℃/min，完成碳化后随炉冷却至室温，最终停止供N₂，得到平均孔径小于300nm的多孔碳材料；(3)制备多孔碳/硅复合材料将上述多孔硅与多孔碳按照质量比3:1‑1:3的比例机械混合，然后将混合物与含有酚醛树脂的甲醛溶液混合，随后在惰性气氛下进行热解，热解温度为800‑1000℃，热解时间为5‑8小时，制备出多孔硅/碳复合材料；(4)烧结得到碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材料将LiFePO₄置于质量浓度为25‑30％的硅酸锂水溶液中浸泡1‑3h，并充分搅拌，将溶液水分蒸发，将浸泡后的LiFePO₄在400‑450℃下焙烧2‑5h，在经焙烧所得的LiFePO₄粉末中，加入相对于LiFePO4的含量为3‑7wt％的上述多孔硅/碳复合材料，球磨混合均匀后在管式炉中加热，加热温度为1200‑1500℃，加热时间为1‑2h，冷却后得到碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材料。