專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子電池LiFePO₄/C復(fù)合正極材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極用材料制備方法，尤其是一種鋰離子電池 LiFeP04/C復(fù)合正極材料制備方法。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池中，正極材料是最重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān) 鍵。目前廣泛使用的正極材料LiMn2O4容量偏低，且高溫下容量衰減嚴(yán)重，且循環(huán)性能不好 等原因制約其發(fā)展，極具應(yīng)用前景的LiN^2合成困難、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性差等嚴(yán)重影響 了其實(shí)用化的進(jìn)程，LiCoO2價(jià)格昂貴，且資源匱乏等原因也難以滿(mǎn)足鋰離子電池的實(shí)用要 求。1997年A. K. Padhi首次報(bào)導(dǎo)磷酸鐵鋰(Lii^ePO4)具有脫嵌鋰功能。該材料具有 橄欖石型磷酸鹽類(lèi)嵌鋰材料LiMPO4(M =Mn, Fe, Co, Ni)，成為很有潛力的鋰離子電池正極材 料。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學(xué)性能，充放電平臺(tái)十分平穩(wěn)，充 放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí)，該材料具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、可在高溫環(huán)境下使用、 原材料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是目前電池界競(jìng)相開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)。盡管LiFePO4有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題。 LiFePO4電子導(dǎo)電率和離子擴(kuò)散速率較低，這就限制了其作為正極材料的電化學(xué)性能。目前 改善LiFePO4導(dǎo)電性能的方法主要集中在碳包覆和金屬離子摻雜兩方面。另一個(gè)難題就是 大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化合成工藝?yán)щy，產(chǎn)品一致性差。目前，制備LiFePO4M料的合成方法固相合 成法、溶膠-凝膠法、氧化還原法、微波合成法、水熱法等。其中最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的是固相 合成法。在已公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)中，大部分工藝采用亞鐵鹽為鐵源、成本較高；而且目前較多 的采用磷酸氫二銨為磷源，在合成時(shí)存在氨氣的排放問(wèn)題，具有一定的污染性，且原材料松 裝密度小，燒成過(guò)程中質(zhì)量損失大，影響設(shè)備的有效產(chǎn)能，工業(yè)化的難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池LiFeP04/C復(fù)合正極材料制備方法，可實(shí)現(xiàn) 大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明將鋰源、三價(jià)鐵源、磷源以碳或有機(jī)碳 為還原劑，在高溫環(huán)境和惰性氣氛保護(hù)下，將三價(jià)鐵還原二價(jià)鐵，從而合成磷酸亞鐵鋰，高 溫還原反應(yīng)可以加快材料的反應(yīng)速度，使多種元素在離子和原子級(jí)水平進(jìn)行遷移，材料反 應(yīng)充分，這樣不僅可以提高材料的克容量，而且可以得到結(jié)晶性很好的正極材料，從而改善 材料的循環(huán)性能、延長(zhǎng)材料的使用壽命。LiFePCVC復(fù)合材料的備方法的具體步驟如下首先將三價(jià)鐵源進(jìn)行干燥處理，除掉其結(jié)晶水，后將鋰源、三價(jià)鐵源、磷源按照 Li Fe P摩爾比為1 1 1稱(chēng)取后，摻入過(guò)量的碳源，碳源的用量使得產(chǎn)物中碳含量 為1 10%，在滾筒球磨機(jī)中充分混磨，待原料混合均勻后，在氣氛爐中通入氮?dú)饣蛘邭鍤?br> 3后，以每小時(shí)300°C升溫速率升溫，在溫度達(dá)到650 850°C范圍內(nèi)后恒溫焙燒6_20h，然后 自然冷卻至室溫后在滾筒球磨機(jī)中研磨，得到碳包覆的LiFeP04/C復(fù)合正極材料。鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰、磷酸鋰、乙酸鋰其中之一。鐵源為磷酸鐵、草酸亞鐵、三氧化二鐵、草酸亞鐵其中之一。磷源為磷酸鐵或磷酸二氫銨。碳源為葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇(PVA)、碳黑其中之一。將三價(jià)鐵源在滾筒球磨機(jī)前進(jìn)行干燥處理，除掉其結(jié)晶水后，所得到的材料具備 更好的性能。三價(jià)鐵源進(jìn)行干燥處理是在180 300°C溫度下烘4 12h，直至結(jié)晶水完全被除去。采用本發(fā)明的方法制備的LiFeP04/C復(fù)合材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下表
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池LiFeP04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于具體步驟如下將 鋰源、三價(jià)鐵源、磷源按照Li Fe P摩爾比為1 1 1稱(chēng)取后，摻入過(guò)量的碳源，碳源 的用量使得產(chǎn)物中碳含量為1 10%，在滾筒球磨機(jī)中充分混磨，待原料混合均勻后，在氣 氛爐中通入氮?dú)饣蛘邭鍤夂?，以每小時(shí)300°C升溫速率升溫，在溫度達(dá)到650 850°C范圍 內(nèi)后恒溫焙燒6-20h，然后自然冷卻至室溫后在滾筒球磨機(jī)中研磨，得到LiFeP04/C復(fù)合正 極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰、磷酸鋰、乙酸鋰其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 鐵源為磷酸鐵、草酸亞鐵、三氧化二鐵、草酸亞鐵其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 磷源為磷酸鐵或磷酸二氫銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 碳源為葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇、碳黑其中之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 將三價(jià)鐵源球磨前進(jìn)行干燥處理，除掉其結(jié)晶水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池Lii^P04/C復(fù)合正極材料制備方法，其特征在于 三價(jià)鐵源進(jìn)行干燥處理是在180 300°C溫度下烘4 12h。
全文摘要
一種鋰離子電池LiFePO4/C復(fù)合正極材料制備方法，具體步驟如下將鋰源、三價(jià)鐵源、磷源按照Li∶Fe∶P摩爾比為1∶1∶1稱(chēng)取后，摻入過(guò)量的碳源，碳源的用量使得產(chǎn)物中碳含量為1～10％，在滾筒球磨機(jī)中充分混磨，待原料混合均勻后，在氣氛爐中通入氮?dú)饣蛘邭鍤夂螅悦啃r(shí)300℃升溫速率升溫，在溫度達(dá)到650～850℃范圍內(nèi)后恒溫焙燒6-20h，然后自然冷卻至室溫后在滾筒球磨機(jī)中研磨，得到LiFePO4/C復(fù)合正極材料。本發(fā)明采用三價(jià)鐵為原料，經(jīng)過(guò)高溫固相反應(yīng)后得到高性能的LiFePO4/C復(fù)合正極材料，工藝簡(jiǎn)單、材料成本以及加工成本低，且工藝路線簡(jiǎn)單、周期短、能耗低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/1397GK102097615SQ201010610219
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者任平利, 馮存孝, 李俊峰, 王祥泉, 王翠青, 蔣永善, 賀兆書(shū), 韓娜 申請(qǐng)人:濟(jì)寧市無(wú)界科技有限公司