[发明专利]一种金属表面包覆Na掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉一种金属表面包覆Na掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

随着电池行业的迅速发展，为了解决电池的使用寿命、能量密度、自放电或者质量等诸多问题，出现了各种类型的电池。目前，由于锂电池具有能量密度高、使用寿命长、质量轻、自放电小等优点，现已经成为了通讯设备、笔记本电脑等便携式设备的首选电源，并且也开始应用到电动车、国防等中大型的设备中。

磷酸铁锂材料是近年来出现并得到大规模产业化应用的动力锂离子电池正极材料。其具有可逆性地嵌入和脱嵌锂的特性。与传统的锂离子二次电池正极材料相比，其原物料来源更广泛、价格更低廉，无毒性，且无环境污染。磷酸铁锂具有高能量密度(其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g(0.2C，25℃)；因其不含任何对人体有害的重金属元素，而成为目前最安全的锂离子电池正极材料；磷酸铁锂的晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。

但是，LiFePO₄存在的关键问题在于电导率很低。理论上，对正极活性材料进行表面包覆处理是最有效的改性处理方法之一：将少量的氧化物沉积在正极活性材料的表面，可以在不损失材料比容量的前提下有效提高正极活性材料的结构稳定性，阻止正极活性材料与电解液发生副反应，因此可以改善锂离子电池的能量密度、安全性能和充放电循环稳定性。

发明内容

本发明提供一种金属表面包覆Na掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有较高的比容量和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种金属表面包覆Na掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)制备Na掺杂磷酸铁锂

按照化学式Li_l-xNa_xFePO₄中的Li、Na、Fe、P的摩尔量称取碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵和碳酸氢钠，混合机械成混合物一，其中：x＝0.17-0.25；

将混合物一与丙酮按1∶1-2的重量比混合后在行星式球磨机中以转速400-500r/min球磨10-15h，将球磨后的混合物二置于真空干燥机中在100-150℃的温度干燥12-18h得到粉料，将所得粉料用粉碎设备粉碎；

将粉碎后的粉料置于还原气氛炉中在500-600℃的温度预处理10-12h，得到Na掺杂磷酸铁锂前驱体；

将所述纳米磷酸铁锂前驱体在还原性保护气氛下烧结，以5-10℃/min速率升温，在温度750-800℃恒温烧结10-15h，以10-15℃/min降温，制备得到Na掺杂磷酸铁锂；

(2)表面金属包覆

将氟化铷溶于去离子水中，获得浓度为0.1-0.2mol/L的水解液，将上述Na掺杂磷酸铁锂放入水解液中充分搅拌，其中所述氟化铷的质量占所述Na掺杂磷酸铁锂的重量的3-5wt％，一边搅拌一边滴加1M的氨水，调节pH＝7，使水解产物沉淀并均匀吸附于所述Na掺杂磷酸铁锂；

将吸附有水解产物的Na掺杂磷酸铁锂烘干，将烘干后表面吸附有水解产物的Na掺杂磷酸铁锂进行焙烧，形成被氧化铷包覆的Na掺杂磷酸铁锂正极材料。

本发明制备的锂离子电池用高导电性钾锰掺杂磷酸铁锂复合正极材料，将磷酸铁锂掺杂Na改性以提高其离子扩散性能，并在其包覆氧化铷，使得其具有良好的导电性能和循环稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的比容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

按照化学式Li_0.83Na_0.17FePO₄中的Li、Na、Fe、P的摩尔量称取碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵和碳酸氢钠，混合机械成混合物一；将混合物一与丙酮按1∶1的重量比混合后在行星式球磨机中以转速400r/min球磨15h，将球磨后的混合物二置于真空干燥机中在100℃的温度干燥18h得到粉料，将所得粉料用粉碎设备粉碎。

将粉碎后的粉料置于还原气氛炉中在500℃的温度预处理12h，得到Na掺杂磷酸铁锂前驱体；将所述纳米磷酸铁锂前驱体在还原性保护气氛下烧结，以5℃/min速率升温，在温度750℃恒温烧结15h，以10℃/min降温，制备得到Na掺杂磷酸铁锂。