[发明专利]一种LiFePO4前驱体空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及以LiFePO₄为正极材料的锂离子二次电池制造技术领域，特别涉及一种具有特殊形貌的LiFePO₄正极材料前驱体空心球及其合成方法。

背景技术

LiFePO₄是动力锂离子二次电池的首选正极材料之一，近几年被各国大力推广使用，具有很多优点，如：快速充放电性能、高安全性、循环寿命长、无污染、高能量密度、无记忆效应。但是影响LiFePO₄走向实用化的缺点是它的导电性差，不适宜大电流充放电。目前的改进方法是提高其电子导电性和加快锂离子扩散速率，而将LiFePO₄正极材料制备成空心球状的研究很少。

空心球状的LiFePO₄材料能够和电解液充分接触，空心球的厚度很薄，材料内部的锂离子只需要迁移很短路程就能进入电解液中，这大大地减少了锂离子嵌入和脱出的时间，提高了锂离子二次电池的快速充放电性能。

LiFePO₄正极材料的制备一般是由前驱体经过高温煅烧得到，前驱体的形貌是LiFePO₄材料形貌的基础。控制前驱体空心球形貌是制备空心球形LiFePO₄材料的前提条件。现有的制备LiFePO₄材料前驱体方法有很多，如固相球磨法、溶胶凝胶法、共沉淀法等，但这些方法都很难得到空心球状的LiFePO₄前驱体。

发明内容

本发明目的在于提供一种空心球状LiFePO₄前驱体及制备方法，通过制备空心球状的LiFePO₄正极材料，可提高锂离子二次电池在充放电过程中锂离子的扩散速率。

本发明采用的技术方案如下：

一种LiFePO₄前驱体空心球，其空心球的外径10 nm-100μm，壁厚1 nm-10μm。

本发明一种LiFePO₄前驱体空心球的制备方法，包括以下步骤：将锂化合物、铁化合物、磷化合物、络合剂和碳源以一定比例配成溶液后，经过超声雾化（在雾化成雾滴同时可使溶液由于超声波的作用混合均匀），风送雾滴通过高温管式炉，管式炉温度在100℃以上时，雾滴中溶剂蒸发，留下的物质沉积下来，得到空心球形LiFePO₄前驱体粉末。用该方法可快速制备空心球形LiFePO₄前驱体粉末，且所得到的空心球形LiFePO₄前驱体的外径和壁厚可在非常大的范围内可调，外径从10 nm到100μm可调，壁厚从1 nm到10μm可调。

所述锂化合物为氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂、氟化锂、硝酸锂或磷酸二氢锂等的至少任意一种；所述铁化合物为三氧化二铁、硝酸铁、氢氧化铁、磷酸铁，氯化铁、醋酸亚铁、氧化亚铁、草酸亚铁或硫酸亚铁等的至少任意一种；所述磷化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、五氧化二磷、磷酸铵或磷酸二氢锂等的至少任意一种；所述络合剂为柠檬酸、抗坏血酸、草酸、醋酸等的至少一种；所述碳源为果糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖、核糖等糖类中的至少任意一种；所述溶剂为水、烷烃、醇、醚、酮、酯、芳香烃等的至少任意一种。

所述锂化合物、铁化合物、磷化合物、络合剂和碳源的投料摩尔比为0.90～1.10︰0.90～1.10︰0.90～1.10︰1.00~3.00：0.10～1.00。

所述LiFePO₄前驱体空心球应用作为锂离子二次电池的正极材料前驱体。

LiFePO₄正极材料是动力锂离子二次电池的首选材料之一，对前驱体形貌的控制涉及到高性能动力锂离子二次电池制造技术领域。本发明通过对锂化合物、铁化合物、磷化合物、络合剂和碳源配成的溶液进行超声雾化干燥，得到具有空心球形结构的LiFePO₄正极材料前驱体。这为制备空心球结构的LiFePO₄正极材料打下基础，而这种结构能有利于LiFePO₄正极材料与电解液的充分接触，缩短锂离子的扩散路程，可提高LiFePO₄正极材料的快速充放电性能。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

图2为在温度150℃下干燥后得到的样品SEM照片。

图3为在温度200℃下干燥后得到的样品SEM照片。

图4为在温度250℃下干燥后得到的样品SEM照片。