[发明专利]一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的化学电源，因其输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放 电小、安全、无记忆效应和环境友好已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点。正 极活性材料一直是影响锂离子电池性能的关键因素。由于LiCoO₂资源短缺，价格昂贵，特别 是其安全性差，限制了其在动力电池领域的应用。磷酸铁锂因其原料丰富，安全性好，已被 广泛认为是下一代锂离子动力电池的首选正极材料。但是磷酸铁锂正极材料也有一个致命的 缺点，那就是电导率低，这个缺点极大影响了LiFePO₄的应用。因此迫切需要研发一种导电 率高、循环性能好的LiFePO₄(磷酸亚铁锂)复合材料。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方 法，使用该方法制备的正极材料，具有良好的导电性能。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用碳硅包覆磷酸亚铁锂复合材料的制 备方法，包括如下步骤：

(1)制备多孔硅

将正硅酸乙酯在含有十六烷基三甲基溴化铵的有机模板的乙二醇溶液中热解，制备多孔 的二氧化硅，将得到的含有模板的多孔二氧化硅过滤、离心、清洗，干燥，然后在空气中500-700 ℃的温度下进行3-7小时的热处理去掉模板，得到多孔二氧化硅；

将多孔二氧化硅与镁粉按照质量比为1:5-5:1混合研磨，然后在惰性气氛下700-900℃加热 还原2-5小时制备多孔硅，将得到的产物经稀盐酸清洗，去除产物中的金属氧化物以及为完 全反应的金属还原剂，干燥，得到多孔硅；

(2)制备多孔碳材料

首先按1∶1-1∶3的重量比将酚醛树脂和乙二醇混合搅拌均匀，随后加入酚醛树脂和乙 二醇总重量8-10％的苯磺酰氯混合均匀制成混合物，将混和物浇注到模具中，在50-70℃下保 温2-5h，将初固化后的试样脱模，对试样进行深度固化处理，在初始温度60-80℃时保温10-12h， 然后温度每增加15℃保温6-8h，直至温度升至150-180℃再保温8～16h，在N₂保护下进行碳 化，由室温升至600℃，保温1h，升温速率为1-5℃/min，完成碳化后随炉冷却至室温，最终 停止供N₂，得到平均孔径小于300nm的多孔碳材料；

(3)制备多孔碳/硅复合材料

将上述多孔硅与多孔碳按照质量比3:1-1:3的比例机械混合，然后将混合物与含有酚醛树 脂的甲醛溶液混合，随后在惰性气氛下进行热解，热解温度为800-1000℃，热解时间为5-8 小时，制备出多孔硅/碳复合材料；

(4)烧结得到碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材料

将LiFePO₄置于质量浓度为25-30％的硅酸锂水溶液中浸泡1-3h，并充分搅拌，将溶液水 分蒸发，将浸泡后的LiFePO₄在400-450℃下焙烧2-5h，在经焙烧所得的LiFePO₄粉末中，加 入相对于LiFePO4的含量为3-7wt％的上述多孔硅/碳复合材料，球磨混合均匀后在管式炉中 加热，加热温度为1200-1500℃，加热时间为1-2h，冷却后得到碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材 料。

本发明制备的锂离子电池用碳硅包覆的磷酸亚铁锂复合材料，采用了特定工艺制备的多 孔碳和多孔硅复合后的材料对磷酸亚铁锂进行包覆，使得碳硅均匀的分布于磷酸亚铁锂中， 多孔结构更是使得包覆结构更为紧密，因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的导 电性能和良好的循环稳定性，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

制备多孔硅

将正硅酸乙酯在含有十六烷基三甲基溴化铵的有机模板的乙二醇溶液中热解，制备多孔 的二氧化硅，将得到的含有模板的多孔二氧化硅过滤、离心、清洗，干燥，然后在空气中700 ℃的温度下进行3小时的热处理去掉模板，得到多孔二氧化硅；将多孔二氧化硅与镁粉按照 质量比为5:1混合研磨，然后在惰性气氛下900℃加热还原2小时制备多孔硅，将得到的产物 经稀盐酸清洗，去除产物中的金属氧化物以及为完全反应的金属还原剂，干燥，得到多孔硅。