[发明专利]一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包覆磷酸锂（Li₃PO₄）的磷酸铁锂（LiFePO₄）电极及其制备方法，属于锂二次电池电极材料技术领域。

背景技术

随着社会的进步发展，能源和环境的问题日益突出，清洁能源的使用受到广泛关注。1990年Sony公司成功开发出锂二次电池并投放市场，可重复使用的绿色环保的锂二次电池逐渐进入人们的视野，成为人们关注的焦点。如今锂二次电池已经广泛应用于便携式电子储能设备，如数码相机、笔记本电脑等中。同时，锂二次电池也用于混合动力汽车和纯电动汽车的驱动中。磷酸铁锂早在1997年就作为正极材料应用到锂二次电池中，具有比容量高、循环寿命长、热稳定性好、资源丰富以及环境友好等优点，成为电极材料的典型代表。磷酸铁锂的理论容量达170mAh/g，对Li⁺/Li电位为3.43V，理论能量密度达580Wh/kg，是一种极具应用潜力的锂二次电池正极材料。然而，由于磷酸铁锂低的电子电导率（10^-9～10^-10S/cm）和锂离子扩散系数（1.8×10^-14cm²/s）导致其大倍率充放电时，比容量迅速下降，功率特性也不能满足电动汽车的动力，限制了磷酸铁锂在混合动力汽车和纯电动汽车中的应用。为了克服上述缺陷，目前常用的改进方法是通过在磷酸铁锂粒子表面包覆纳米级导电材料来提高磷酸铁锂颗粒间的电导率，包覆的导电材料包括导电碳材料、导电聚合物（如PPy、PPy/PEG、PAS、PANI、PEDOT等）和导电氧化物（TiO₂、Al₂O₃、MgO₂、CeO₂、RuO₂等），所采用的包覆方法复杂，成本较高。

发明内容

针对磷酸铁锂电子电导率低，现有改进电导率的方法复杂，成本较高的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极，所述磷酸铁锂电极表面包覆一层纳米级玻璃态的磷酸锂，可提高磷酸铁锂电极的电子电导率。

本发明的目的之二在于提供一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极的制备方法，所述方法为采用磁控溅射法在磷酸铁锂电极表面包覆一层纳米级玻璃态的磷酸锂，制备成可用于锂二次电池的复合正极极片，所述方法简单、成本低廉且易于实现大规模化生产。

本发明的目的主要通过下述技术手段实现。

一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极，所述磷酸铁锂电极表面包覆有纳米级玻璃态的磷酸锂。

一种本发明所述的包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极的制备方法，所述方法步骤如下：

（1）制备磷酸锂靶材

将磷酸锂粉末与有机溶剂混合，球磨成浆状物，将浆状物干燥得到粉末，将粉末压制成磷酸锂靶材前躯体，然后煅烧得到磷酸锂靶材；

其中，所述有机溶剂为无水乙醇、乙腈或丙酮中的一种或一种以上的混合物；

优选在流星球磨机中以400rpm的转速球磨5h；

优选将浆状物在70℃下干燥48h；更优选将浆状物在70℃下于真空干燥箱中干燥48h；

煅烧可在箱式炉、管式炉或电炉中于600～800℃煅烧4～8h，无需保护性气体。

磷酸锂靶材前躯体的压制可采用磁控溅射制备靶材的常规方法，如常压烧结法、冷压法、真空热压法等。

（2）制备包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极

以磷酸铁锂电极作为基片，与磷酸锂靶材进行磁控溅射得到一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极；其中，靶材与基片的距离为4～8cm，本底压强≤1.0×10^-5Pa；

所述磷酸铁锂电极为锂离子二次电池常规使用的磷酸铁锂电极，磷酸铁锂电极中磷酸铁锂的涂布厚度优选为10～30μm；

所述磷酸锂包覆层的厚度可通过控制溅射时间来确定；

优选磁控溅射的功率为40～160W；工作压强为0.5～10Pa；溅射的时间为5～30min；

所述磁控溅射可采用直流磁控溅射法或射频磁控溅射法进行。

一种锂二次电池，所述电池的正极为本发明所述的包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极。

有益效果