[发明专利]一种锂离子电池正极材料LiFePO4/C及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料LiFePO₄/C及其制备领域，具体涉及一种采用水热法制备介孔微球状锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的方法及其制备的锂离子电池正极材料LiFePO₄/C和应用。

背景技术

目前锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的电化学性能已得到很大的改善，低倍率下的比容量几乎达到了理论容量，其高倍率充放电性能也有了很大的改善。但是锂离子电池正极材料LiFePO₄/C仍面临着一个技术问题，那就是其实际振实密度很低：LiFePO₄的理论振实密度是3.6g/cm³，然而目前大多数锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的实际振实密度只有1～1.4g/cm³。

碳包覆和颗粒尺寸纳米化可以改善锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的高倍率性能，但是这种性能的改善是以牺牲电池的能量密度为代价的。在相同比容量前提下，提高材料的实际振实密度可以提高电池的能量密度。通常，锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的颗粒尺寸越小，碳含量越多，其实际振实密度越低，拥有纳米尺寸颗粒和碳包覆不规则的锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的实际振实密度一般都不高于1.0g/cm³。虽然通过机械糅合可以提高锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的实际振实密度，但颗粒整形工艺过程复杂。由于具有微小粒径的球形颗粒容易低紧密堆积，因此，由微球颗粒构成的锂离子电池正极材料LiFePO₄/C比形状不规则的纳米颗粒具有更高的实际振实密度。

Xie等(H.M.Xie，R.S.Wang，R.J.Yang，L.Zhang.Optimized LiFePO₄-polyacene cathode material for lithium-ion batteries.Advanced Materials，2006，18：2609-2613.)公开了用控制结晶的方法合成碳包覆的LiFePO₄/C固体微球，这些微球的实际振实密度高达1.6g/cm³，且其在5C倍率时的放电比容量是97mAh/g。但相比纳米尺寸的颗粒，这种大颗粒固体微球有很长的电子和离子传输路径，电解液很难渗透到大颗粒固体微球的内部而导电碳膜只能包覆在LiFePO₄/C固体微球的表面上，限制了LiFePO₄/C固体微球电化学性能的进一步改善。

公开号为CN 101299458A的中国专利申请公开了一种提高锂离子电池正极材料LiFePO₄/C振实密度的方法，将FePO₄·xH₂O与LiOH·H₂O、Li₂CO₃或CH₃COOLi·2H₂O和聚乙二醇混合均匀，添加助剂，加入水调成流变态，然后再在惰性气氛下焙烧得到锂离子电池正极材料LiFePO₄/C。虽然该技术方案可将锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的实际振实密度从0.77～0.79g/cm³提高到1.0～1.05g/cm³，并且具有较好的高倍率充放电性能，但是该锂离子电池正极材料LiFePO₄/C的实际振实密度需要进一步提高。

水热法是一个合成细小LiFePO₄/C颗粒的有效的方法。低温水热法有助于试验的控制，但却会导致LiFePO₄/C的结晶度很差从而影响其电化学性能。