[发明专利]表面由偶联剂改性的磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其是一种表面由偶联剂改性的磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新型绿色电源，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等诸多优点，已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、UPS、各种便携式电动工具、电子仪表等领域。随着科学技术的不断进步，锂离子电池在动力、储能等大容量高功率的电池领域也具有非常巨大的市场前景。大容量、高功率的锂离子电池应用的关键在于开发出廉价、环保、高安全性能，具有优异倍率性能和良好循环寿命的正极材料。

目前应用于小功率通讯设备的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等，这些材料由于本身的特性，热稳定性相对较差，难以满足大容量高功率动力锂离子电池大倍率和安全性要求。高功率动力电池领域研究较多的正极材料为锰酸锂和磷酸铁锂。尖晶石结构的LiMn₂O₄虽然具有成本较低，安全性能良好的优点，但循环性能尤其是高温循环性能较差，并且Mn²⁺在电解液中有一定的溶解性，因而储存性能也较差。开发优良廉价的正极材料一直是锂离子电池研究的热点。

正交橄榄石结构的磷酸铁锂自1997年A.K.Padhi报道具有脱嵌锂功能以后，逐渐成为国内外研究的热点材料。该材料具有原料廉价、资源丰富、环境友好、结构稳定、安全性能和高温性能优良、循环寿命极佳等诸多优点，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料。但磷酸铁锂也存在离子和电子导电率低的明显缺点(室温下只有10^-10Scm^-1)，因此他们以0.05mA/cm²的小电流密度下放电，容量也只有110mAh/g。为了克服这些缺点，他们采用碳包覆、铁位掺杂高价金属离子和用其它四面体阴离子部分取代磷酸根等方法能有效提高磷酸铁锂的电子和离子电导率，从而使放电容量和倍率特性大幅度提高。

正交橄榄石结构的磷酸铁锂自1997年A.K.Padhi报道具有脱嵌锂功能以后，逐渐成为国内外研究的热点材料。该材料具有原料廉价、资源丰富、环境友好、结构稳定、安全性能和高温性能优良、循环寿命极佳等诸多优点，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料。但磷酸铁锂也存在离子扩散和电子导电率低的明显缺点(室温下只有10^-10Scm^-1)，以0.05mA/cm²的小电流密度下放电，容量也只有110mAh/g，这极大的限制了这材料的广泛应用。关于改善提高此材料性能的方法有：(1)表面混合包覆导电碳材料、导电金属或氧化物材料提高母体材料粒子间的电子导率。(2)一次粒子尽量小，缩短离子在母体粒子内的扩散路径。(3)掺入微量金属离子部分取代锂位、铁位，提高母体材料粒子内电子和离子导电率。