[发明专利]利用多环芳烃树脂作为碳源制备磷酸铁锂正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用多环芳烃树脂作为碳源制备磷酸铁锂正极材料的方法，该方法首先按重量比1︰3～5称取磷酸铁和氢氧化锂；将磷酸铁、氢氧化锂和多环芳烃树脂，混合均匀；得到混合物；将混合物加入到乙醇溶液中，进行湿法造球；得到含有球磨的前驱体浆料；再将含有球磨的前驱体浆料置于烘箱中进行烘干，再进行研碎过筛得到前驱体；最后将前驱体置于高温炉保温，即得到磷酸铁锂正极材料。本发明所采用碳源多环芳烃树脂，几乎不残留低温挥发组分，其含碳率高达90wt％以上，焙烧工艺条件对其热解过程、残碳率等影响较小，所得材料电性能一致性好。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地指一种利用多环芳烃树脂作为碳源制备磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术

近年来随着能源匮乏和环境污染问题的日益严重，国家大力倡导节能减排和绿色环保，电动汽车(EV)、混合动力车(HEV)等的研究开发势在必行。目前，制约电动汽车发展的瓶颈是能否开发出价廉、安全、环境友好的二次电池。锂离子电池由于兼具高比能量及高比功率等特点，被公认为是最具发展潜力的电动车动力电池。锂离子电池的安全性很大程度上取决于正极材料。在各种储锂正极材料中，磷酸铁锂(LiFePO₄)安全性能好、循环寿命长、原料储量丰富、价格低廉、环境友好，适用于大容量的动力电池。

磷酸铁锂材料应用受限制的主要原因是其较低的功率密度和较差的性能一致性。目前，以较低的成本宏量制备具有高一致性、高功率密度的磷酸铁锂材料仍然是巨大的挑战。技术研究表明，碳包覆对磷酸铁锂材料的功率密度和性能一致性起到至关重要的作用。制备碳包覆磷酸铁锂材料通常包括非原位碳包覆和原位碳包覆两种工艺。前者是在已经制备好的磷酸铁锂颗粒表面单独进行碳包覆的过程，通常是与颗粒碳材料进行机械混合；后者是加入有机碳源，在生产磷酸铁锂的过程中有机碳源同时裂解从而形成碳包覆。

原位碳包覆过程中，有机碳源通常可溶解或熔融，易于包覆于磷酸铁锂颗粒表面，同时，有机碳源起到抑制磷酸铁锂颗粒长大的作用。因此原位碳包覆工艺被广泛采用。

目前，申请号为201110154478.6的中国发明专利公开了一种磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法；该办法是利用草酸和柠檬酸作为碳源制备磷酸铁锂/碳复合材料；申请号为201110023006.7的中国发明专利公开了一种利用木质纤维作为碳源制备磷酸铁锂的方法；申请号为201010607952.1的中国发明专利公开了一种复合包覆磷酸铁锂正极材料的固相制备方法，该方法利用柠檬酸作为碳源制备复合包覆磷酸铁锂正极材料；申请号为200810100457.4的中国发明专利公开了一种磷酸铁锂的制备方法；该方法是利用葡萄糖和蔗糖作为碳源制备磷酸铁锂。上述的碳源的含碳量一般较低，在加热焙烧过程中通常会发生一系列复杂的分解过程，而且焙烧温度、焙烧时间、保护气的种类和流速、焙烧样品量等焙烧工艺条件对有机碳源的分解过程有显著影响，从而导致制备的磷酸铁锂电性能批次稳定性难以保证。

申请号为200810153980.3的中国发明专利公开了一种磷酸铁锂包覆用前驱体；该方法利用沥青为碳源，存在以下缺陷：

1)沥青的组分很复杂，是一种非常复杂的混合物，沥青结构不稳定，容易被氧化，遇到高温其组分也会发生变化，做出来的产品稳定性也很差；

2)沥青有一定的粘接性，混料过程中会粘接在设备上，不容易清理掉；

3)沥青还中含有N、O、S等元素，高温会产生SO₂(二氧化硫)等气体，污染环境，对人体也有危害。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术问题，采用具有高含碳量、低软化点的多环芳烃树脂作为碳源；提供了一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种利用多环芳烃树脂作为碳源制备磷酸铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：