[发明专利]一种锂离子电池正极材料超细LiFePO4/C的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池高导电性超细磷酸铁锂正极材料的制备工艺，属于能源材料及新材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，广泛应用于移动电话、笔记本电脑等领域。然而，目前锂离子电池还是以小容量、低功率电池为主，中大容量、中高功率的锂离子电池尚未大规模生产，使得锂离子电池在动力型电池领域尚未得到广泛应用。并且在中小容量、中低功率的锂离子电池应用中，也存在较大的安全隐患。高安全性动力型电池的普及应用需要在电极材料上取得重大突破。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。迄今研究最多的正极材料是锂一过渡金属复合氧化物正极材料，主要包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄及以上三种材料的衍生物，如LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等。对动力型锂离子电池来说，正极材料的成本、循环性能、安全性十分重要。上述锂一过渡金属复合氧化物尚不能满足要求。正交橄榄石结构的LiFePO₄正极材料以其出色的性能已成为国内外新的研究热点。初步研究表明，LiFePO₄正极材料原料廉价；结构稳定，安全性能极佳(O与P以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解)；循环性能和热稳定性明显优于其它正极材料；充电时与碳负极材料配合时的体积效应好；与大多数电解液体系相容性好，储存性能好；无毒。LiFePO₄正极材料因为在成本、循环性能、安全性方面具有突出的优势，可望成为动力型锂离子电池理想的正极材料。

磷酸铁锂的优点很突出，但也存在着一些不足，主要是其极低的本征电子电导率，这严重影响了该材料的大电流电化学性能和实际应用。当前，人们在提高LiFePO₄电导率的研究方面取得了一些进展。通常采取的措施有：(1)颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒，或者颗粒表面包覆导电碳材料；(2)金属离子的掺杂，如掺入Mg²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Nb⁵⁺，W⁶⁺等取代一部分Li⁺，提高了材料的电子电导率；或掺入Mn²⁺等离子取代一部分Fe²⁺，增大晶胞参数，提高离子电导率；(3)减小LiFePO₄晶粒的大小，甚至合成纳米尺寸的粉末颗粒，尽量缩短Li⁺的扩散路径。这些措施可有效地提高LiFePO₄正极材料的电导率。

细化晶粒的大小，甚至合成纳米尺寸的粉末颗粒，一方面可以缩短Li⁺的扩散路径；另一方面也可增大材料的比表面积，增加活性材料与电解液的接触面积，从而提高离子导率。因此细化颗粒是提高LiFePO₄正极材料大电流电化学性能的一种非常有效的途径。高温固相反应法是一种制备LiFePO₄常用的方法，该方法工艺过程简单、成本低廉。传统采用的高温固相反应法是将锂源、磷源、铁源一起研磨混合，在研磨混合过程中，掺入杂质金属化合物或碳源，然后在高温下煅烧合成LiFePO₄。该方法得到的产品颗粒较大，晶粒也较大，大电流电化学性能较差。

发明内容

本发明的目的是提出一种锂离子电池正极材料超细LiFePO₄/C的制备方法，该方法不仅能制备出产品颗粒尺寸小，具有较大的比表面积，而且能较容易地实现均匀的金属离子掺杂和导电碳黑的掺入，从而进一步提高材料的电化学性能，实现该材料在动力型电池领域的实际应用。

本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池正极材料超细LiFePO₄/C的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：