[发明专利]一种二次锂离子电池正极材料磷酸镍锂的原位碳包覆制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种二次锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

橄榄石型结构的LiMPO₄（M=Fe,Co和Ni）材料是一种很有前景的锂离子嵌入材料，已引起广泛关注。与传统的金属氧化物材料LiCoO₂、LiCo_xNi_yMn_zO₂(x+y+z=1)、LiMn₂O₄相比，LiMPO₄材料中PO₄^3-的诱导效应提高了正极材料中氧化还原电对的能级，使得晶格结构更加稳定。这种材料还具有以下的特点：成本低、安全性高、对环境友好以及可观的比容量。

目前，LiFePO₄动力电池已被各个国家批量生产，并且为新型电动客车以及混合动力电车提供动力。与LiFePO₄材料相比，LiNiPO₄材料具有以下特点：1）同为稳定的橄榄石结构；2）比容量为167mA·h·g^-1，与LiFePO₄的比容量170mA·h·g^-1相差无几；3）氧化还原电位很高Ni³⁺/Ni²⁺大于5.1V（vs.Li/Li⁺），而LiFePO₄的氧化还原电位Fe³⁺/²⁺仅为3.5V（vs.Li/Li⁺）；4）镍源主要来源于红土镍矿，此矿勘查、采集成本低并且地球矿含量丰富。基于这一事实，同属于LiMPO₄体系中的LiNiPO₄材料成为了潜在的新型锂离子电池材料

但是研究表明：高氧化还原电位的LiMPO₄材料是低电化学活性的。与此同时，LiNiPO₄材料本身导电性极差，其导电性仅为LiCoPO₄和LiMnPO₄材料的一百至一千分之一。由于LiNiPO₄材料的低反应活性、低导电性，J.Wolfenstine等人用固相法制得LiNiPO₄材料并在6V～3.5V之间对试验电池进行放电，测得比容量仅在10mA·h·g^-1以下。由于以上两个原因，虽然对LiNiPO₄材料的结构方面的研究很多，但是鲜有将LiNiPO₄材料应用在二次锂离子电池中的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效提高LiNiPO₄的电化学活性和导电性的二次锂离子电池正极材料磷酸镍锂的原位碳包覆制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）将锂源化合物、二价镍源化合物、磷酸盐和碳源按照摩尔比Li⁺:Ni²⁺:PO₄^3-:碳源=3:1:1:0.5-3充分溶解在苯甲醇水溶液（苯甲醇所占体积比为20%-80%）中，使Ni²⁺在溶液中的浓度为0.1mol·L^-1-1.0mol·L^-1，磁力搅拌30min-60min，使原料充分溶解在溶液中，形成蓝绿色溶液，并且有许多圆珠状苯甲醇油滴分散在溶液内部；

（2）将获得充分搅拌的苯甲醇溶液倒入有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃-200℃进行4h-10h水热反应；

（3）将水热反应得到的产物进行抽滤，用蒸馏水以及无水乙醇清洗其中所含的杂质；

（4）再将清洗后所得物质放入鼓风干燥箱中50℃-100℃干燥；

（5）将干燥后的粉末充分研磨，并放入管式炉中在氩气氛围中先进行预处理，预处理温度为300℃-400℃，预处理时间为2h-10h，然后高温下煅烧制得最终产物，高温煅烧温度为600℃-850℃，煅烧时间为2h-10h。

所述的锂源化合物为锂的氢氧化物或锂盐。

所述的二价镍源化合物为二价镍的氧化物及二价镍盐。

所述碳源为葡萄糖、蔗糖或壳聚糖。