[发明专利]一种喷雾干燥法制备铁位掺杂的LiFePO4/C工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种喷雾干燥法制备铁位掺杂的LiFePO₄/C工艺。

背景技术

锂离子电池具有诸多优点而备受青睐，是目前最先进的二次电池。以LiCoO2为代表的传统过渡金属氧化物型正极材料受成本高、资源紧缺、污染环境和安全性不够等问题的制约，无法满足电动汽车对锂离子电池的要求，不能成为新一代锂离子电池正极材料的首选。LiFePO₄由于诸多优点如廉价、环境友好、安全性高、循环性能好等备受关注。在过去的十多年里，LiFePO₄一致被公认为是最有前途的锂离子电池正极材料，尤其是被公认为是锂离子动力电池正极材料的最佳选择。然而 LiFePO4作为动力电池正极材料，材料的高倍率性能和循环稳定性是其一个最关键的问题。

为了克服上述问题，本发明通过体相掺杂来改进材料的性能，可以有效避免常规方法，如采用特殊的手段制备特殊形貌、特殊结构的 LiFePO₄，以及在 LiFePO₄上包覆特殊的导电材料繁杂耗材的工艺。该方法是一种最有效、最易规模化的手段。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种喷雾干燥法制备铁位掺杂的LiFePO₄/C工艺。其技术方案是一种喷雾干燥法制备铁位掺杂的LiFePO₄/C工艺，其特征是：通过采用喷雾干燥法制备了一系列变价过渡金属 Fe 位掺杂的LiFe_1-xM_xPO₄/C（M=Co, Mn, Ni, V 和 Cu）复合材料，优化工艺表明当 V 或 Ni 的掺杂量为 3%时制备的样品具有最佳的电化学性能，显著提高材料在高倍率下的比容量，而且可以显著提高材料的循环稳定性。

具体工艺：掺杂 LiFe_0.97Ni_0.03PO_4/C复合材料的制备：称取0.097 mol Fe(NO₃)₃·9H₂O、0.100mol(NH₄)₂HPO₄和 25.0 g 葡萄糖溶于 40 mL 去离子水形成前驱体溶液；分别加入0.03mol 的 Ni(NO₃)₂·6H₂O搅拌完全溶解得到澄清的前驱体溶液 I；称取 0.100 mol LiOH·H₂O 溶于 25 mL 去离子水形成前驱体溶液 II；在剧烈搅拌的条件下，将前驱体溶液 II 加入到前驱体溶液 I 中得到前驱体凝胶；往前驱体凝胶中滴加浓氨水调节到 PH=6 左右得到前驱体溶胶。

 LiFe_0.97V_0.03PO₄/C 复合材料的制备跟上述过程相似。采用V₂O₅作为 V 源（V₂O₅不溶于水），将 0.003mol V₂O₅加入 10 mL 去离子水中，再加入 2 g 柠檬酸加热至沸腾可以使V₂O₅溶解得到墨绿色的溶液，将得到的含 V 溶液加入含有0.097 molFe(NO₃)₃·9H₂O、0.100mol (NH₄)₂HPO₄和 23.0 g 葡萄糖（使得到的样品的含碳量保持在14%左右）的水溶液中得到溶液 I。

焙烧工艺：将上述溶液或乳液通过喷雾干燥器进行喷雾干燥得到前躯体粉末，喷雾干燥器的进口温度为 220℃，进料速度为 6 mL/min，将得到的粉末样品在高纯 N₂气氛保护下以 10℃/min 的速度升温到 750℃ 保温 10 h 得到 LiFePO₄/C样品。