[发明专利]一种三层碳包覆复合磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体为一种三层碳包覆复合磷酸铁锂正极材料的制备方法。将铁磷源、锂源、有机碳源、分散剂在纯水中搅拌预分散，再经过砂磨机砂磨得到前驱体浆料，经过喷雾干燥造粒后，得到球形前驱体粉末。将前驱体粉末置于具有保护气氛的烧结炉中进行低温烧结，冷却至室温。将烧结出的产物、超导电碳黑、分散剂在纯水中分散，再次通过砂磨、喷雾造粒、烧结。最后，加入聚乙二醇、分散剂、去离子水，先通过分散、砂磨制浆，再通过喷雾造粒、烧结、粉碎得到产品。本发明使用三种碳源进行包覆制备磷酸铁锂正极材料，对比传统磷酸铁锂材料的单一碳源包覆，三种碳源包覆可以极大的提高材料自身的导电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体为一种三层碳包覆复合磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪九十年代初问世以来，因其能量密度高、循环性能好被公认为是最具发展潜力的动力与储能电池。根据美国先进电池联合体的对比研究表明，锂离子电池是迄今为止最能满足电动汽车中远期发展目标的二次电池体系。正极材料作为锂离子电池的关键部件，是决定电池安全、容量和价格等指标的关键因素，传统的正极材料锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂等，因成本、安全、循环性能等因素一直阻碍着动力电池的发展。磷酸铁锂由于具有安全性能好、循环寿命长、原材料便宜等优点，被公认为是最具前途的新一代动力锂离子电池正极材料。

然而，磷酸铁锂正极材料由于自身的导电性能很差，极大地限制该类材料走向实际应用。因此，研究和开发磷酸铁锂材料的改性方法一直是电源界的热点领域。目前，改善磷酸铁锂材料性能的方法主要有三种，即包覆、掺杂和纳米化。碳包覆是改善磷酸铁锂材料导电能力最常用的方法，通过在磷酸铁锂材料颗粒内部以及颗粒表面分散或包覆少量导电碳，增强磷酸铁锂粒子与粒子之间的导电性，为LiFePO₄材料电子传输提供通道，及时补偿Li⁺嵌入和脱出过程中的电荷平衡，减少电池的极化，从而改善磷酸铁锂材料的电化学性能。掺杂分为锂位掺杂、铁位掺杂、磷位掺杂等，掺杂可以改善倍率性能和低温放电性能。纳米化是提升电性能的有效方案，由于Li+在磷酸铁锂固体中的扩散速率很低，LiFePO₄粒子半径的大小对电极容量有很大的影响，粒子半径越大，Li+在固相中的扩散路程就越长，Li+的嵌入脱出就越困难，LiFePO₄容量的发挥就愈受到限制。因此仍需要发展新方法来提高磷酸铁锂材料的导电性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于锂离子电池的三层碳包覆复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过三层碳包覆使其具有更好的电化学性能以及加工性能。

本发明技术方案如下：

一种三层碳包覆复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将锂源、铁磷源、有机碳源、分散剂加入搅拌磨中，同时加入纯水进行预混得浆料；

(2)步骤(1)的预混浆料经过砂磨，得到平均粒径为250～500nm的淡黄色液体前驱体浆料；

(3)步骤(2)得到的前驱体浆料通过喷雾干燥设备进行造粒，得到淡黄色粉末状球形颗粒前驱体；

(4)将步骤(3)的前驱体输送到具有保护气氛的烧结炉中进行烧结，后续经过降温得到第一次包覆的烧结产物；

(5)将步骤(4)的烧结产物加入到搅拌磨中，加入超导电碳黑、分散剂、纯水进行第二次分散，得到平均粒径为250～500nm的浆料；

(6)步骤(5)的浆料再次经过砂磨、喷雾造粒、烧结、降温，进行第二次包覆，得到第二次包覆的烧结产物；

(7)将步骤(6)第二次包覆的烧结产物加入到搅拌磨中，加入聚乙二醇、分散剂、纯水进行第三次分散，得到平均粒径为250～500nm的浆料；