[发明专利]具有均匀碳包覆层球形磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种具有均匀碳包覆层球形磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环寿命长，工作温度范围宽、无污染等优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，特别是在化石能源日益昂贵、环境污染日趋严重的形势下，锂离子电池作为一种绿色高能电池，成为近几年的研究热点。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，常用的正极材料有LiCoO₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄、橄榄石结构的LiFePO₄等。LiCoO₂是大规模工业化的正极材料，综合性能较好，但其存在价格昂贵、毒性较大的缺点；LiMn₂O₄成本低、安全性好，但是循环性能较差；LiFePO₄具有比容量高、良好的安全性能、优异的循环性能、原材料丰富和无污染等优点，已成为国内外的研究热点，但是LiFePO₄存在两个明显的缺点：一是LiFePO₄的离子传导率和电子电导率均偏低，其中电子电导率S_e为10^-9s/cm，而离子传导率S_i为10^-11s/cm，二者直接导致高倍率充放电性能差；二是堆积密度低，因而它的体积比容量小。此外，LiFePO₄的低温性能极差，以上缺点严重影响了这一材料的应用。针对LiFePO₄的不足之处，目前本领域技术人员采用的改进措施主要有：(1)掺杂或添加导电剂提高材料的电导率；(2)细化晶粒，合成小粒径的LiFePO₄，以缩短锂离子扩散路径进而提高离子传导率；(3)合成具有球形形貌结构且具有合理粒度分布的颗粒提高材料的堆积密度，以提高材料的体积比容量。

经检索发现，公开了申请号为200410103485.3、公开号为CN1635648A、名称作：锂离子电池正极材料高密度球形磷酸铁锂的制作方法的发明专利，说明书中公开了先将三价铁盐水溶液、磷源水溶液、碱水溶液反应合成球形或类球形磷酸铁前驱体，洗涤干燥后与锂源、碳源、掺杂金属化合物均匀混合，在惰性或还原气氛保护下，经过600-900℃高温热处理8-48小时得到磷酸铁锂。本制作方法制作出平均粒径为7-12μm，振实密度可达2.0-2.2g/cm³，室温下首次放电比容量可达140-155mAh/g的高堆积密度、高体积比容量的锂离子电池正极材料球形磷酸铁锂。该方法利用球磨混料容易破坏前驱体的形貌结构，不利于产品一致性的控制；同时产品粒径达到了7-12μm，充放电过程中锂离子扩散路径长，倍率性能差。

公开了申请号为200810065112.X、公开号为CN101478045A、名称作：一种高振实密度磷酸铁锂的制作方法的发明专利，该方法包括两个步骤，第一步采用软化学方法合成亚微米级的磷酸铁锂粉末；第二步将第一步制得的磷酸铁锂粉末高速搅拌并同时喷入高分子聚合物溶液进行造粒，然后烧结处理。采用两步法制作锂离子电池正极活性材料磷酸铁锂，可以制得大于1.5g/cm³的高振实密度、低于10m²/g的低比表面积、平均粒径在5-15微米的锂电池正极活性材料磷酸铁锂。该方法合成过程中需要进行两次烧结处理，还有喷雾造粒等诸多工序，工艺耗时过长，能耗高，不利于工业化稳定生产。