[发明专利]一种锂离子电池正极材料LiFePO4/C及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料LiFePO₄/C及其制备方法，其在常用二次锂离子动力和储能电池的正极材料领域具有十分广泛的应用前景。

技术背景

锂离子电池因其展现出的高电压平台、无记忆现象、环保以及高能量密度被广泛的研究和应用。锂离子电池优异的电化学性能主要依靠其正极来实现。因此，提高正极材料的放电比容量和循环稳定性对发展锂离子电池至关重要[1]。目前，橄榄石结构的LiFePO₄因其较高的理论容量(170 mAh g^-1)、价格低廉以及较好的安全性能吸引了大量的关注[2]。

虽然LiFePO₄优点众多，但其较差的离子电导率（10⁻⁹-10⁻¹⁰ cm² S^-1）和较差的离子扩散系数（10^–14-10^–16 cm² s⁻¹）严重影响了电池的循环稳定性[3-4]。而循环稳定性对电池来说至关重要。

为了提高LiFePO₄的循环稳定性，在合成路径和改进方法上人们做了大量的工作。在过去的几十年里，科学家通过使用一维碳、二维碳和三维碳搭建导电网络来提高电子电导率的方式来改善电池的循环稳定性[5-6]。作为一维导电材料，碳纳米管因其较大的长度直径比，能够显著的改善LiFePO₄的循环稳定性和倍率性能[7-10]。但是，碳纳米管之间较强的范德华力使得管与管之间发生团聚现象，而且，碳纳米管在有机溶剂中具有较差的可分散性，这些都严重制约着LiFePO₄和碳纳米管之间的紧密结合[11]。另一方面，碳纳米管高昂的价格也不利于LiFePO₄在动力电池方面的大规模生产及应用。

参考文献

[1] Y.N. Zhao, Y.J. Sha, Q. Lin, Y.J. Zhong, M.O. Tade, Z.P. Shao, Facile conversion of commercial coarse-type LiCoO₂ to nanocomposite-separated nanolayer architectures as a way for electrode performance enhancement, ACS Appl. Mater. Interfaces 7 (2015) 1787-1794.

[2] R. Mei, X. Song, Y. Yang, Z. An, J. Zhang, Plate-like LiFePO₄crystallite with preferential growth of (010) lattice plane for high performance Li-ion batteries, RSC Adv. 4 (2014) 5746-5752.

[3] S.Y. Chung, Y.M. Chiang, Microscale measurements of the electrical conductivity of doped LiFePO₄, Electrochem. Solid-State Lett. 6 (2003) A278-A281.

[4] P.P. Prosini, M. Lisi, D. Zane, M. Pasquali, Determination of the chemical diffusion coefficient of lithium in LiFePO₄, Solid State Ion. 148 (2002) 45-51.

[5] K. Zhang, J.T. Lee, P. Li, B. Kang, J.H. Kim, G.-R. Yi, J.H. Park, Conformal coating strategy comprising N-doped carbon and conventional graphene for achieving ultrahigh power and cyclability of LiFePO₄, Nano Lett. 15 (2015) 6756-6763.