[发明专利]利用水热法制备磷酸铁锂正极材料的方法及正极材料

说明书

技术领域

本申请涉及电池正极材料制备领域，特别是涉及一种利用水热法制备磷酸 铁锂正极材料的方法，及其制备的磷酸铁锂正极材料。

背景技术

锂离子电池于上世纪90年代由日本索尼公司推向市场，因其单体电池工作 电压高、能量密度大、循环寿命长等特点，在手机、笔记本电脑等小型移动电 源领域得到广泛应用。随着锂离子电池能量密度及功率密度的进一步提升，它 已被视作混合动力汽车及纯电动汽车的理想电源，是一类具有广阔应用前景的 储能装置；并进一步发展到航天航空应用。

LiFePO₄作为一种高容量，克容量可达170mAh/g，环境友好、成本低廉、 资源丰富的锂离子电池正极材料，是将锂离子电池应用到电动汽车、储能电站、 军事武器等高容量、高安全性、大功率的工业大电池领域的重要正极材料。

但是，纯的LiFePO₄存在着电子电导率低和锂离子扩散系数小两大缺点，研 究者们通过包覆碳层或导电聚合物、掺杂高价态阳离子等方法提高LiFePO₄的电 子导电率；并通过降低颗粒粒径大小，从而缩短锂离子传输路径距离，以便提 高LiFePO₄的锂离子扩散系数。包覆无形碳是最简捷最可靠的改善方法，但其中 也存在着一些缺点，充放电过程中随着锂离子的脱嵌引起正极材料的体积发生 变化，体积的涨缩会导致包覆在颗粒表面的无形碳容易掉落，改善效果不能得 到延续。包覆导电聚合物可以有效解决掉落问题，但导电聚合物的导电性低于 无形碳，不能够明显地提高磷酸铁锂正极材料的电子导电率。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的改进的水热法制备磷酸铁锂正极材料的方 法，及其制备的磷酸铁锂正极材料。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种利用水热法制备磷酸铁锂正极材料的方法，包括水热法 制备碳包覆LiFePO₄产物步骤和导电聚合物包覆步骤；水热法制备碳包覆 LiFePO₄产物步骤包括，在反应体系溶液中仅加入锂源、铁源、磷源和天然的中 性水溶性高分子，反应体系溶液在反应釜中反应完成后，过滤获得碳包覆的 LiFePO₄产物；导电聚合物包覆步骤包括，将碳包覆的LiFePO₄产物与树脂类高 分子一起球磨均匀后，在氮气保护气氛下高温煅烧，获得导电聚合物和碳双层 包覆的磷酸铁锂正极材料。

需要说明的是，本申请的方法与传统的水热法相比，反应体系溶液中仅加 入了锂源、铁源、磷源和天然的中性水溶性高分子，没有添加任何表面活性剂 或强还原性有机物；天然的中性水溶性高分子的添加，第一，不会对反应体系 溶液的pH值造成影响，避免了pH值对磷酸铁锂生产质量的影响；第二，在高 温下部分高分子裂解为具有还原性的物质，确保反应体系溶液在高温下也具有 还原性，能防止Fe²⁺氧化形成Fe³⁺；同时，在反应过程中，水溶性高分子的加入 起到成核剂和抑制颗粒长大的作用，利于制备形貌均一、颗粒尺寸分布均匀的 碳包覆LiFePO₄产物；因此，可以满足以上条件的天然的中性水溶性高分子都可 以用于本申请。此外，本申请的方法在水热法的过程对磷酸铁锂进行了碳包覆， 并采用高温煅烧，使得树脂类高分子在碳包覆的LiFePO₄产物的外层再包覆一层 导电聚合物；使得制备的磷酸铁锂正极材料，即具有碳包覆的优良电子导电率， 又能有效的防止掉落，提高正极材料的性能。