[发明专利]一种碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。所述方法包括如下步骤：将碳/硅酸铁锂与碳/磷酸铁锂混合加入去离子水制备成浆料，在喷雾干燥器中进行喷雾，得到混合物，将此混合物在惰性气体保护下高温烧结，保温处理后，自然冷却至室温，即可得到球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料。本发明的制备方法所用原料成本低廉、工艺过程简单、经济环保，适合规模产业化生产和应用，促进电动汽车的发展。本发明制备所得的球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料循环性能好，倍率性能好，放电曲线斜坡化，实现通过简单地测量电压就可以准确测算磷酸铁锂锂离子电池的SOC的目标。

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体涉及一种球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料及其制备方法。

【背景技术】

锂离子电池单体由正、负极、电解液、隔膜和壳体等部分组成，其中正极材料对锂离子电池的性能具有较大的影响，是锂离子电池的关键材料之一。锂离子电池正极材料有多种选择，目前，用于动力锂离子电池的正极材料常用的有三种，即锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。

其中，橄榄石型LiFePO₄正极材料理论容量为170mAh/g，一般发挥150mAh/g。近年来，由于其优良的安全性能、环境友好、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车和混合动力汽车中。但是，由于自身结构的影响，典型的碳/磷酸铁锂电池充放电曲线在放电后期由水平度很高的水平线和突然下降的垂直度很高的垂线构成，电压于容量之间呈非线性关系，这一特征导致难以通过简单地测量电池电压直接计算LiFePO₄电池的剩余电量(SOC，State of Charge)，给电池管理系统准确测算电池的SOC带来困难。

Li₂FeSiO₄同样能够可逆脱嵌锂离子，能作为锂离子电池的正极材料。Li₂FeSiO₄具有原料资源丰富、价格便宜、无吸湿性、无毒、环境友好、热稳定性好等优点，也是锂离子电池正极材料的研发热点。其中，Li₂FeSiO₄材料的充放电曲线斜坡化程度非常高，而且大部分在3V以下，这正是LiFePO₄材料充放电曲线斜坡化3.4V以下的部分所需的。

目前，国内外众多的学者为了解决LiFePO₄锂离子电池SOC准确测算的问题，开展了深入的工作，取得了系列成果。但是，他们都是从改进数学模型和提高设备测试精度入手开展研究工作，其结果是，数学模型更加繁复，测量设备更加复杂，应用受限制，因此找到一种工艺简单、大批量、低成本、放电曲线斜坡化的LiFePO₄材料的制备方法是一个急需解决的问题。对此，本发明提出采用增加Li₂FeSiO4相，优化组成和调控结构的办法，构建新型的碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合正极材料，实现磷酸铁锂正极材料充放电曲线的斜坡化，从材料入手，解决动力锂离子电池SOC准确测算问题。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料及其制备方法，本发明的制备方法所用原料成本低廉、工艺过程简单、经济环保，适合规模产业化生产和应用，促进电动汽车的发展。本发明制备所得的球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料循环性能好，倍率性能好，放电曲线斜坡化，实现通过简单地测量电压就可以准确测算磷酸铁锂锂离子电池的SOC的目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳/硅酸铁锂与碳/磷酸铁锂混合加入去离子水制备成浆料，在喷雾干燥器中进行喷雾，得到混合物，将此混合物在惰性气体保护下高温烧结，保温处理后，自然冷却至室温，即可得到球形结构碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料。

具体地，本发明的碳/硅酸铁锂/磷酸铁锂复合材料的制备方法包括的步骤为：