[发明专利]一种磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能和动力电池材料技术领域，具体涉及一种新型的具有高容量、出色倍率性能和高循环稳定性的磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料的制备方法。

背景技术

具有电化学活性的电极材料均可以用于电池的生产制造，其中锂离子电池正极材料有钴酸锂、镍酸锂、尖晶石锰酸锂、三元镍钴锰酸锂等。其中钴酸锂在小型锂离子电池上普通使用，但使用钴，价格昂贵，且在大电流和过充条件下不稳定，很不安全；镍酸锂的晶体结构稳定性安全性较差，锰酸锂的循环性能特别是在高温条件下循环性能较差。以上正极材料都是层状或尖晶石型金属氧化物，他们在高温充电状态下易发生逸氧反应而不安全，因而很难应用于低成本、高安全、大容量动力锂离子电池。

研究发现，磷酸铁锂材料具有稳定的橄榄石晶体结构，安全性好，循环性能特别好，且成本低廉，被公认为制造高安全、低成本、长寿命的锂电池的最佳正极材料。但该材料较低的导电性又限制了其直接应用，需要通过改性与掺杂等手段来改善导电性能。传统的碳包覆、导电高分子掺杂以及金属纳米粒子掺杂等手段均能提高磷酸铁锂正极的导电性，但随着对电池性能要求的不断提高，尤其是动力锂离子电池对能量密度和功率密度的双重高要求，使得开发新型的磷酸铁锂改性方法以获得电池性能的进一步提升变得日益迫切。

目前工业上生产磷酸铁锂材料所使用的碳源主要是无机碳源（US6730281B2）或是有机物裂解产物（US2007/0190418A1）作为碳源。使用有机物裂解产物可以获得厚度纳米级别，并且包覆致密的碳源，这样可以大大提高材料的导电性，但缺点是裂解产物不均匀，易导致合成的磷酸铁锂批次稳定性不佳；另外裂解产生的多孔碳，会导致材料比表面积大，不利于电池浆料的制备；使用无机碳源如碳黑、导电石墨、石墨烯等，由于碳源添加量可以达到合成产物的10wt%，这样可以大大提高材料的倍率性能，但缺点是无机碳源亲水性差，难以分散于极性溶剂水中，碳源分布量难以控制，并且碳源添加量过多会导致合成产物的比容量降低。为此，为了获得高容量、倍率性能佳且循环稳定性好的磷酸铁锂材料，发明人对无机碳源进行化学改性，使其易于分散在水溶剂中，这样添加少量的碳源就可以极大的提高材料的导电性，类似做法业界还没有相关报道。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点和不足，发明人的目的在于提供一种具有高容量、出色倍率性能和高循环稳定性的磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料的制备方法。 

本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：

一种磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料的制备方法，包括下述步骤：

（1）制备改性导电炭黑

首先将普通导电炭黑作退火处理，然后置于强氧化剂中氧化处理5-8个小时，产物经过滤、清洗以及烘干处理得到改性导电炭黑，其中，所述的强氧化剂选用硝酸溶液、硝酸溶液+硫酸溶液、H₂O₂溶液或APS（过硫酸铵）溶液中的一种；以1g普通导电炭黑计，所使用的强氧化剂溶液体积的最小值为：硝酸溶液30ml或硝酸溶液20ml+硫酸溶液15ml或 H₂O₂ 溶液30ml或APS溶液60ml，

（2）制备磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料

①按摩尔比Li:Fe:P=1±0.05: 1±0.05: 1±0.05称量锂源化合物、铁源化合物、磷源化合物，以及称量其它掺杂金属元素化合物、改性导电炭黑和有机碳源，溶于水或水和有机溶剂组成的混合溶剂中，使原料均匀混合（如通过高速搅拌或超声波分散使原料均匀混合），制成浆料；

②喷雾干燥将①中浆料干燥（采用高速离心喷雾干燥造粒机进行喷雾干燥）；

③在高纯氮气或氩气的惰性气氛保护下，将以上干燥料在600-800℃烧结2-5小时，再降温50-80℃保温并烧结2-5小时，冷却后经气流磨或机械磨粉碎分级，再经过筛即得所述的磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料。

研究发现，采用经过化学改性的导电性能和分散性能极好的导电碳黑来包覆磷酸铁锂，制备得到的磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料，适用于对现有磷酸铁锂材料的改性生产，通过这种方法制备的磷酸铁锂-改性导电碳黑复合电极材料具有容量高、大倍率性能及循环性能良好的优点，可广泛应用于各种电动车和储能领域所需的锂离子电池，同时本发明制备工艺简单，可以通过任何方法合成而不会影响复合材料性能。