[发明专利]一种锂离子电池正极材料金属掺杂的磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性物质磷酸铁锂(LiFePO₄)的制备方法，特别是一种金属掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

LiFePO₄因其价格低廉、安全性高、比容量大、循环性好、环境友好等优点而被认为是极具应用潜力的锂离子二次电池正极活性物质。锂离子在磷酸铁锂(LiFePO₄)中的电化学脱嵌过程是可逆的，并且磷酸铁锂(LiFePO₄)多晶体的理论放电比容量可以达到170mAh/g，因此是具有有序结构的橄榄石型正极活性物质。目前，磷酸铁锂制备技术主要包括高温固相法和液相法。现有磷酸铁锂的工业化生产制备技术以高温固相法为主。但是，采用高温固相法时，各种固体成分混合的均匀程度直接影响到磷酸铁锂产品的品质。而采用湿化学法时，各种元素很难在同一沉淀条件下均匀沉淀析出，导致得到的正极活性物质磷酸铁锂中各种元素比例不合理，尤其是锂元素不足，影响正极活性物质的比容量。因此开发新的合成方法仍是目前磷酸铁锂研究的主要内容之一。目前为使正极活性物质前躯体中各种成分尤其是导电剂分散均匀，磷酸铁锂的制备中均采用高速球磨的方法。但采用高速球磨的方法也存在以下不足：一是使制备工艺复杂。在实际生产中增加了生产设备的投入；二是采用高速球磨的方法延长了制备的时间这无形中也增加了工业化生产的运营成本；三是由于每次混料都有一定的不稳定性进而对磷酸铁锂产品的性能稳定性会造成一定影响。最主要的是此方法很难使物质间的混合达到分子水平。综合以上所述，采用现有高温固相法制备磷酸铁锂(LiFePO₄)和高速球磨法，存在生产投入成本高、生产周期长和产品性能不稳定的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料金属掺杂的磷酸铁锂的制备方法，克服了现有高温固相法制备磷酸铁锂(LiFePO₄)成本高、生产周期长、产品批次不平行等缺点。

本发明的目的是这样实现的。一种锂离子电池正极材料金属掺杂的磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳源、锂源、三价铁源、磷酸盐、水溶性还原剂和一次蒸馏水按物质的量之比为(2～5)∶(1～1.8)∶(1～2)∶(1～1.5)∶(2～4)∶(80～120)混合，再加入适量的钛源，然后将混合物在烘箱中于60～120℃进行烘干，时间5～10小时，得到固体产物；

其中，碳源选自下列物质中的一种或几种：碳黑、乙炔黑、石墨、葡萄糖和环糊精；

锂源选自下列物质中的一种或几种：碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂和氯化锂；

三价铁源选自下列物质中的一种或几种：硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、四氧化三铁、草酸铁和三氧化二铁；

磷酸盐选自下列物质中的一种或几种：磷酸铵、磷酸二氢铵和磷酸氢铵；

水溶性还原剂为下列物质中的一种或几种：柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、和草酸；

钛源选自下列物质中的一种或几种：二氧化钛、酞酸丁酯和钛酸钡；

(2)将步骤(1)得到的固体产物置于惰性或还原性气氛或碳粉密封的反应器中，在600～900℃焙烧1～18个小时，粉碎、烘干后得到产物Ti离子掺杂的磷酸铁锂材料。

本发明的制备方法，步骤(1)中，将碳源、锂源、三价铁源、磷酸盐或磷酸、钛源和水溶性还原剂在一次水中混合时，所用的一次水中含有分散剂，所述分散剂选自醇、酮、酚和醚中的一种或几种；分散剂的量为除一次水外混合物总质量的30％～70％。

本发明的制备方法，步骤(2)中，惰性气氛为氮气、氩气中的一种气体；还原性气氛为一氧化碳、氢气中的一种气体。

本发明取得的有益效果如下：本发明通过金属离子的掺杂，提高了材料的电化学性能。在整个制备过程中未使用球磨机，工艺成本降低；制备过程可简单的解释为混合-烘干-焙烧，工艺简单；制备出的掺杂金属的磷酸铁锂(LiFePO₄)导电性好、比容量高、产品性能稳定。

附图说明

图1为实施例1制备的钛掺杂磷酸铁锂的X射线衍射(XRD)图。

图2为实施例1制备的钛掺杂磷酸铁锂的扫描电子显微镜(SEM)图。

图3为实施例1制备的钛掺杂磷酸铁锂的充放电曲线图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例1