[发明专利]一种锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，具体的说，本发明涉及一种锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术。

背景技术

石油、煤炭、天然气等化石燃料是能源经济的基础。化石燃料资源的枯竭及其使用对生态环境的恶化问题成为当今社会发展面临的两个难题。进入21世纪，对环境友好的风能、太阳能、潮汐能等可再生资源的利用成为人类解决能源问题的关键，锂离子电池凭借其能量密度高、无环境污染、循环寿命长等特点成为清洁能源的理想存储介质。近年来，随着电动汽车以及储能系统的需求增大，拥有高功率及高能量密度的锂离子电池储能设备成为当前研究的重点，获得了飞跃性的发展。

1997年，美国德州大学的John. B. Goodenough等报道了LiFePO₄的可逆性嵌入脱出锂离子的特性，使得这种拥有橄榄石结构的LiMPO₄材料得到了全世界的极大重视，并得到了广泛的研究和迅速的发展。相对于其他类型的锂离子电池正极材料，LiFePO₄材料价格低廉，安全性好，循环寿命长，理论容量大(可达170mAh/g),并且对环境影响较小。LiFePO₄材料的这些性能完全满足电动汽车发展的要求，是电动汽车用锂电池的理想的阳极材料。

然而，LiFePO₄糟糕的电子电导率(10^-9-10^-10S/cm)以及较低的锂离子迁移率(D_Li⁺<10^-14cm²/s)成为该材料大规模应用的难题，国内外大量的研究机构及企业针对这两个问题进行了深入的研究。目前国内外广泛采用的提高LiFePO₄材料性能的方法主要包括碳包覆技术、金属阳离子掺杂技术、阴离子掺杂技术以及纳米化工艺技术。

国内采用阴离子F^-掺杂的专利技术的一般方法是使用氟离子化合物做为催化剂使用，氟离子的作用在于促进磷酸铁锂合成反应进程，并未进入磷酸铁锂最终产物，例如专利200810142216在磷酸亚铁锂中添加氟离子降低反应活化能；或者是使用阴离子F^-替代磷酸亚铁锂中的O^2-或PO₄^2-改善磷酸亚铁锂材料电化学性能，例如专利200510112562使用阴离子在磷酸铁锂氧位掺杂，专利20100204521使用阴离子F^-替代磷酸亚铁锂中的磷酸根。

发明内容

本发明提供了一种锂电池阴离子掺杂的纳米级磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法，通过阴离子F^-的掺杂，可有效提升磷酸亚铁锂的电子导电率，大幅改善磷酸亚铁锂的电化学性能。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料，其特征在于：采用F^-阴离子掺杂磷酸亚铁锂，获得化学式为Li_(1+x)FePO₄F_x的锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料，其中x为0.001～0.05；1C倍率下首次放电容量为135～155mAh/g，循环50次以后1C倍率下放电容量为133～152mAh/g。

一种锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

A、取含锂化合物、含二价铁化合物、含磷化合物以及含氟化合物按原子间摩尔比为Li:Fe:P:F =(1.001～1.05):1:1:(0.001～0.05)的比例进行混料，每1mol反应物加入500ml～2500ml球磨用化学纯有机溶剂作为溶剂，置于聚四氟乙烯球磨罐中球磨8～16个小时，获得前驱体悬浊液；

B、将该前驱体悬浊液通过计量泵输送到喷雾干燥机中，在惰性气体保护下进行干燥造粒，前躯体悬浊液输送流量为0.05～0.3L/min，进风温度为200～250℃，出风温度为90～120℃；

C、将经过干燥造粒后的粉体置于管式炉中，在流动惰性气体或流动还原气体的保护下，首先以5℃/min的速度升温至300～450℃，恒温培烧4～10个小时，然后以5℃/min的速度升温至500～800℃，恒温培烧8～20个小时，得到有阴离子F^～掺杂的磷酸亚铁锂粉体即本发明锂离子电池磷酸亚铁锂正极材料。