[发明专利]一种掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种高性能的化学电源，其与铅酸电池和镍氢电池相比具有很多的优点，其中正极材料是决定锂离子电池的关键部分，磷酸铁锂与其它的正极材料相比具有价格低廉、来源丰富、环境友好等优点，尤其是它的安全性能和循环性能比较好，比较适合作动力电池的材料。

磷酸铁锂材料具有很多的优点，此材料的合成方法主要有水热法、溶胶凝胶法、高温固相法和微波合成法等，其中高温固相法最适宜工业化生产，但是常规的高温固相法合成的材料电化学性能不好，导电性较差、振实密度不够高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料的高温固相制备方法，该方法简单，成本低，适合工业化生产，该方法制备的掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料电化学性能优良，尤其是在大电流下的比容量衰减比较小。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将LiOH、Ni(OH)₂、Fe₂O₃、TiO₂和NH₄H₂PO₄按摩尔比锂∶镍∶铁∶钛∶磷＝1-x∶x∶1-y∶y∶1进行混合得粉料，其中0＜x≤0.02，0＜y≤0.1；

(2)将粉料加入乙醇后置于球磨机中研磨得浆料，乙醇的量为淹没粉料即可；

(3)将浆料置于烘箱中烘干后进行研磨得粉体A，将粉料质量5-10％的柠檬酸配制成柠檬酸饱和水溶液，将粉体A加入柠檬酸饱和水溶液中得前躯体；

(4)将前躯体置于管式炉中并在氮气气氛下以1℃/min的加热速率自室温升温至350℃，保温3-6h后随炉冷却至室温，冷却后取出，研磨得粉体B；

(5)将粉体B置于管式炉中并在氮气气氛下升温至600-750℃后恒温焙烧5-15h，然后随炉降至室温。

所述步骤(2)中研磨的时间为2-10h，球磨机的速率为300-500转/分。

所述步骤(3)中烘干的温度为100℃。

所述粉体B在焙烧前用油压机压成圆柱体，油压机的压力为100-200Mpa。

所述掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料的制备方法制备的掺杂包碳磷酸铁锂锂离子电池正极材料，该电池正极材料的化学表达式为：Li_1-xNi_xFe_1-yTi_yPO₄/C，其中0＜x≤0.02，0＜y≤0.1。

所述电池正极材料中C的质量百分比为3-5％。

本发明的有益效果为：本发明所述磷酸铁锂锂离子电池正极材料的制备方法选用廉价的三氧化二铁为铁源，并将柠檬酸饱和水溶液加入前驱体中，经过保温、焙烧后柠檬酸一部分用于还原三价铁，其余的形成还原碳直接包覆在LiFePO₄颗粒上，不需要后期的包覆处理即可提高材料的导电性，还可以阻止LiFePO₄颗粒的长大，不仅成本低，而且适合工业化生产。采用本发明所述方法制备的电池正极材料具有放电比容量高的优点，尤其是大电流下的放电比容量较高，且衰减很小，并且具有高振实密度的特点。

附图说明

图1为实施例1所制得产物Li_0.98Ni_0.02Fe_0.95Ti_0.05PO₄/C的SEM照片。

图2为实施例1所制得产物Li_0.98Ni_0.02Fe_0.95Ti_0.05PO₄/C的TEM照片。

图3为实施例1所制得产物Li_0.98Ni_0.02Fe_0.95Ti_0.05PO₄/C与未经过掺杂包碳的材料在0.1C，0.5C，2C，5C倍率下的循环性能曲线的比较。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1