[发明专利]一种高导电性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导电性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，尤其涉及通过对磷酸亚铁锂（LiFePO₄）的掺杂改性方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

由于磷酸亚铁锂（LiFePO₄）原料来源广泛，价格相对低廉(约为钴酸锂的1/5)，对环境友好，安全性能突出，理论比容量高(约170mAh/g)，使得其在各种可移动电源领域，特别是汽车工业所需的大型动力电源领域有着极大的市场前景。但磷酸亚铁锂最主要的问题是其电子导电性低，锂离子扩散速度慢。目前有文献报道通过碳或金属离子包覆来改善这一问题，例如Croce,F.;D Epifanio,A.;Hassoun,J.;Deptula,A.;Olczac,T.;Scrosati,B.Electrochemical and solid-state letters.2002,5:A47中，报道了分别在LiFePO₄中掺加1%的Cu和Ag，结果容量提高了约25mAh/g，然而，利用碳和金属粒子等导电物质分散或包覆的方法，主要是改变了粒子与粒子之间的导电性，而对LiFePO₄颗粒内部的导电性却影响甚微。当LiFePO₄颗粒的尺寸不是足够小时(>200nm)，要得到大电流、高容量的充放电性能仍比较困难。因此，如何提高LiFePO₄颗粒内部的导电性，也就是提高LiFePO₄晶体的导电性仍是本领域的一个关键问题。目前，工业上磷酸亚铁锂（LiFePO₄）的合成多采用固相合成法，但是采用固相合成法合成的磷酸亚铁锂（LiFePO₄）存在着合成的材料粒径较大，物相不均匀等缺点。

专利CN101315981A公开了一种锂离子电池用磷酸亚铁锂正极材料，以水热法制备的磷酸亚铁锂为前驱体，再将其与导电物质前驱物、金属离子盐均匀混合，最后在惰性气氛中焙烧，得到导电物质包覆、金属离子掺杂的磷酸亚铁锂正极材料。其前驱体分离干燥后与金属离子盐混合，为固相与固相混合，采用的方法是球磨，难以混合均匀。最后的反应需要在惰性气氛下进行，工艺控制难度大。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，而提供一种高导电性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，所合成的磷酸亚铁锂（LiFePO₄）兼具颗粒粒径较小和粒径均一性好的优点。

本发明所采取的技术方案为：

一种高导电性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）按化学计量摩尔比为1：0.9～0.975：1：0.0083～0.034：2分别称量氢氧化锂（LiOH）、柠檬酸铁（FeC₆H₅O₇）、磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）、柠檬酸锌（Zn₃(C₆H₅O₇)₂·2H₂O）以及柠檬酸（C₆H₈O₇）；

（2）将柠檬酸铁、柠檬酸锌和柠檬酸在去离子水中完全溶解，溶解温度控制在50～70℃，同时将磷酸二氢铵和氢氧化锂一起在去离子水中完全溶解得到LiH₂PO₄溶液；

（3）待完全溶解后将两个溶液混合，使用磁力搅拌器进行搅拌使其混合均匀，然后倒入高压反应釜中，在180～200℃恒温加热6～8h；

（4）反应完成后待反应釜自然冷却至室温，将其中沉淀产物移入离心管中，用去离子水反复进行离心分离提纯数次，将提纯后所得产物放入真空干燥箱，干燥处理完成后得到LiFe_0.975Zn_0.025PO₄的化合物。

上述步骤（1）中柠檬酸铁溶液浓度范围为0.01～1mol/L、柠檬酸锌溶液浓度为0.001-0.0045mol/L和柠檬酸溶液浓度范围为0.01～1mol/L。

LiH₂PO₄溶液的浓度范围为1～12mol/L。

上述步骤（4）中干燥处理的条件为60～120℃下干燥4～24小时。