[发明专利]一种高性能磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种高性能磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的高能电池，目前已被广泛应用于人们的日常生活中。橄榄石结构的磷酸铁锂自从1997年被Goodeough制备出来以后，一直是商品化锂离子电池的主要正极材料，磷酸铁锂安全性和循环性好，比能量密度高(约550 Wh/g)，理论比容量高(172 mAh·g^-1)，充放电电位为3.4V(vs.Li⁺/Li)。但是由于磷酸铁锂中的Li⁺在晶体内仅沿c轴方向一维扩散，因而，磷酸铁锂中电子传导能力(约10^-9S/cm)和Li⁺扩散能力(10^-14cm²/S)均低，这使磷酸铁锂材料在高倍率条件下循环时的电子传导受阻，导致容量下降。

通常提高磷酸铁锂性能的方法主要有纳米化电极材料以缩短传导距离，但副反应多，能量密度低；也有通过离子掺杂提高磷酸铁锂的导电性的报道，但提高有限，且难以调控；最常见的方法就是采用碳包覆磷酸铁锂，以提高其导电性。但目前大多数制备的碳包覆磷酸铁锂材料还是依然不能解决高倍率循环性能的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种新的锂离子电池复合正极材料的制备方法。本发明方法构思如下：先将锂源、Fe₂O₃、(NH₄)₂HPO₄和三聚氰胺按一定的物料比加入到球磨机中，以无水乙醇为介质球磨后喷雾干燥，然后在惰性气氛条件下煅烧，球磨筛分后即得到磷酸铁锂复合正极材料。

本发明方法制备工艺简单，制备出的复合正极材料可逆容量高，高倍率循环性能优异。本发明采用原位添加三聚氰胺的方式直接一步法制备磷酸铁锂复合材料，三聚氰胺的作用一是作为还原剂，提供还原氛围将+3价的铁离子还原为+2价；二是该物质含氮量高，有助于形成高氮含量的碳包覆材料，由于氮原子替代部分碳的晶格位置，氮原子额外的孤对电子可以给SP²杂化的碳骨架离域体系以负电荷，从而有效地提高碳的表面极性，增强电子的传输性能及化学反应活性。同时掺杂富电子的氮原子还可改变碳材料的能带结构，使材料的价带降低，从而增加材料费米能级上的电子密度，实现锂离子电池性能的提升。

具体的，本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)将锂源(Li₂CO₃或LiOH)、Fe₂O₃、(NH₄)₂HPO₄和三聚氰胺按一定的物料比加入到球磨机中(球磨机转速为2000转/分)，以无水乙醇为介质球磨3小时。

所述的锂源(以Li元素计)、Fe₂O₃和(NH₄)₂HPO₄物质的量之比为1.1:0.5:1。

所述的三聚氰胺的质量为锂源、Fe₂O₃和(NH₄)₂HPO₄质量之和的2.5％～20％。

(2)将所得浆料喷雾干燥，得到粉体混合物料。

(3)将所得的粉体混合物料在惰性气氛下从室温升温至600～700℃，并保持3小时，冷却后得到磷酸铁锂复合正极材料初产品。

所述惰性气氛条件为氮气或者氩气气氛。

所述升温的速率为5℃/min。

(4)将初产品在球磨机中球磨处理2小时(球磨机转速为2000转/分)，过200目筛后，即得到所述磷酸铁锂复合正极材料。

与现有技术相比，本发明方法的优点与有益效果在于：