[发明专利]一种提高锂离子电池正极材料LiFePO4性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池正极材料LiFePO₄性能的方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

目前，锂离子电池在消费类电子产品市场被普遍应用，并且在不久的将来可能在电动汽车和混合电动汽车市场扮演非常重要的角色。然而，在大规模的应用前依然存在一些技术问题亟待解决，锂离子电池的应用与发展主要决定于它的安全性能、能量密度、耐用性和成本价格，特别值得一提的是，选择一种合适的正极材料对整个锂离子电池系统的性能好坏具有重大意义。近年来，磷酸铁锂（LiFePO₄）由于其具有成为下一代锂离子电池正极材料的潜力而被许多科研团体细致的研究。与传统的锂离子电池正极材料如：LiCoO₂，LiNiO₂及LiMn₂O₄等进行比较，LiFePO₄具有许多优势，例如其拥有较高的达到170mAh/g的理论容量；有合适的位于3.4-3.5V的充放电平台；此外，磷酸铁锂还有耐用性强，原料价格低廉，对环境友好以及优异的高温稳定性等优势。然而，由于特殊的内在结构，整块的LiFePO₄通常呈现出电子电导率低和锂离子扩散速率缓慢两个缺点，这通常导致了容量过低与倍率性能差的结果。一般情况下，有三种常用的方法来提高LiFePO₄的电子电导率和离子扩散速率，即：将导电碳材料材料与LiFePO₄进行包覆或者复合；在LiFePO₄颗粒中掺杂高价的外来金属离子；通过优化合成方法或者条件降低LiFePO₄粒子的粒径。使用导电碳材料与LiFePO₄复合通常能有效的提高LiFePO₄材料的性能并且价格成本低廉，因此具有很好的可行性，且已经被证明是提高LiFePO₄电极动力学特性的有效手段之一。然而，大部分的传统碳源与碳包覆技术仍然无法满足高性能正极材料的需求，因此象石墨烯、碳纳米管等这样的新型导电碳添加剂和新型的复合方式与技术也被不断的用来尝试提高LiFePO₄电极的性能。近来，许多科研团队尝试用不同的碳源如无定形碳、碳纳米管、石墨烯等对LiFePO₄进行共同修饰并获得了很好的效果。例如，利用无定形碳和石墨烯共同修饰的LiFePO₄材料就已经被证明其性能优于单独被石墨烯或无定形碳修饰的LiFePO₄电极。但是这些方法大多涉及到较高的处理成本，复杂的工艺步骤，大大提高了电池的生产成本。因此开发出一种工艺步骤简单，成本相对较低并能显著提高正极材料电化学性能的修饰方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决目前LiFePO₄正极材料极低的本征电子电导率和锂离子扩散速率的问题，而提供一种提高锂离子电池正极材料LiFePO₄性能的方法，该方法通过不同碳材料对LiFePO₄正极材料进行修饰，从而显著提高其循环性能和倍率性能，在制备过程中无需使用复杂且高价的辅助设备，且工艺简单易于重复制备。

本发明的技术方案为：一种提高锂离子电池正极材料LiFePO₄性能的方法，其具体步骤如下：

A、利用多元醇还原法，将原料在多元醇中混合均匀并沸腾回流制备纯相的LiFePO₄材料；B、将制备得到的纯相LiFePO₄与不同碳材料前驱体在去离子水中混合均匀并在空气气氛中进行干燥热处理得粉体；C、将步骤B所得的粉体在惰性气氛下高温热处理，即得到不同碳材料共同修饰后的锂离子正极LiFePO₄材料。

优选步骤A中纯相的LiFePO₄材料采用常规的多元醇还原法制备，即按目标产物的化学计量比，将原料Fe(CH₃COO)₂·4H₂O（分析纯）、LiCH₃COO·2H₂O（分析纯）与NH₄H₂PO₄（分析纯）在多元醇中混合均匀并沸腾回流制备纯相的LiFePO₄材料；优选所述的多元醇为二甘醇、三甘醇或四甘醇中的一种；优选步骤A中所述的沸腾回流的时间为12-32h。