[发明专利]氟掺杂氧化锡包覆的磷酸铁锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及用作锂离子电池正极材料的新型导电剂氟掺杂氧化锡(FTO)包覆的磷酸铁锂材料及其制备方法。

背景技术

1997年Padhi(Padhi AK，Nanjundaswamy KS and Goodenough JB，J.Electrochem.Soc.1997，144：1188-1194)第一次报道橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)能够可逆地嵌入和脱出锂离子，从而可以用作锂离子电池正极材料。同时，铁元素在自然界的大量广泛分布，使得LiFePO₄成本低廉，且对环境友好，无毒无害，因此经过近二十年的发展，LiFePO₄已经发展为目前最有前景的锂离子电池材料之一。特别是近年来，基于能源、储能、环保和提高电网效率等方面的重视程度逐渐加强，新材料特别是锂离子电池材料近年来已经成为一个焦点。LiFePO₄具有较高的电压平台(3.4V Vs Li⁺/Li)和较高的理论容量(172mAh/g)。但是LiFePO₄本征电导率较低(～10^-9S/cm)，因此必须对其进行一定的表面修饰或材料设计才能够进行实际应用。现在一般商业化生产的LiFePO₄表面使用碳层(Oh SW，Myung ST，et al.Adv.Mater.2010，22：4842-4845；专利申请号为2007101556819.7的发明专利申请)对其包覆以提高其电导率，从而使LiFePO₄材料表现出更加优异的电化学性能。但是LiFePO₄材料表面包覆的碳层较低的结晶化程度会极大降低包覆效果，并且降低其振实密度。

氟掺杂氧化锡(FTO)材料具有良好的导电性和稳定性，目前被作为导电材料氧化锡铟(ITO)的替换用品而被开发利用，可应用于液晶显示屏、光催化、薄膜太阳能电池基底、染料敏化太阳能电池、电致变色玻璃等领域。

发明内容

本发明的第一个目的是将新型导电剂氟掺杂氧化锡(FTO)作为磷酸铁锂(LiFePO₄)的包覆材料，提供一种FTO/LiFePO₄复合材料作为锂离子电池正极材料，以克服现有锂离子正极材料LiFePO₄复合材料导电率差，振实密度低的技术缺陷，解决现有LiFePO₄复合材料循环倍率性能和容量密度差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池正极材料，包括LiFePO₄颗粒和包覆于LiFePO₄颗粒表面的氟掺杂氧化锡(FTO)薄膜。

本发明的锂离子电池正极材料是一种FTO/LiFePO₄复合材料。

LiFePO₄颗粒的粒径在5～20μm，FTO包覆层的厚度在5～10nm。

本发明的第二个目的是提供一种制备上述锂离子电池正极材料的方法，包括如下步骤：

1)将氟源化合物和锡源化合物按照F∶Sn＝0.3∶1～1∶1的摩尔比例溶解在有机溶剂中，形成溶液；

2)将步骤1)所得溶液与铁源化合物、磷源化合物和锂源化合物按照P∶Fe∶Li∶Sn＝1∶1∶X∶Y(1.02≤X≤1.10，0.005≤Y≤0.05)的摩尔比例充分混合、干燥，获得混合物料；

3)将步骤2)所得混合物料在惰性气氛、550～700℃下反应5～10小时，冷却，获得反应产物；

4)将步骤3)所得反应产物研磨，即得到锂离子电池正极用氟掺杂氧化锡(FTO)/磷酸铁锂复合材料。

上述步骤1)中，氟源化合物可选择氟化铵、氢氟酸中的一种或两种的混合物；锡源化合物可选择四氯化锡、二氯氧化锡中的一种或两种的混合物；所述有机溶剂可选择乙醇、丙酮中的一种或两种的混合物。

上述步骤2)中，磷源化合物可选择磷酸、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种；铁源化合物可选择三氧化二铁、草酸铁和草酸亚铁中的一种或多种；锂源化合物可选择碳酸锂、乙酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。

上述步骤3)中，惰性气氛可以是氮气或氩气。