[发明专利]一种磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用。所述磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法，包括：以含有石蜡的有机溶剂为研磨介质，将FePO₄、锂源加入研磨介质中研磨，经干燥、烧结，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；再将碳包覆的磷酸铁锂材料进行碳化处理，得到复合材料。本发明所得的磷酸铁锂/碳复合材料具有电子电导率高、离子电导率高、放电克容量高、比表面积低、生产能耗低等优点；采用该复合材料制备锂离子电池的正极电极时，无需加入任何导电剂；所制得的正极电极在锂离子电池使用过程中安全性高。

技术领域

本发明涉及一种高电导率低比表面积磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法和应用，属于磷酸铁锂/碳正极材料的技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，被大量应用在电子产品与电动汽车中。锂离子电池按正极材料可以分为钴酸锂离子电池、三元锂离子电池和磷酸铁锂离子电池。

磷酸铁锂离子电池的正极材料为橄榄石结构的磷酸铁锂，该材料具有成本低廉、环境友好、循环寿命长、安全性好的特点，但电导率较差，导致采用该正极材料的锂离子电池的低温性能、倍率性能也相应较差，无法满足使用要求。

为了克服磷酸铁锂材料电导率较差的缺陷，人们对其合成工艺进行改性。有研究表明，将蔗糖、葡萄糖等碳源与磷酸铁、锂盐在水溶液中混合，球磨后得到的浆料再经喷雾干燥、烧结(碳化)，所得磷酸铁锂/碳复合材料因碳占比提高而具有较高的电导率，但同时复合材料的比表面积也会随着碳占比提高而呈指数型升高；如果直接在锂离子电池中使用，为保证电极的导电性能，随之带来的高比表面积会导致所制得的正极片在后续碾压、卷绕或叠片等工序中易掉粉，进而造成电池成品存在一定的安全隐患。

为克服此问题，工业生产中，通常会控制磷酸铁锂/碳复合材料中碳含量在较低水平，同时为了改善导电性能，会在锂离子电池正极电极配方中加入碳纳米管/VGCF等昂贵的导电剂；如此不但增加了生产成本，而且由于这些导电剂中杂质含量多，在锂离子电池充放电过程中易在负极析出，会逐渐刺穿隔膜，导致电池自放电或者内短路等严重安全问题。

发明内容

为了解决上述成本高、安全性差的问题，本发明提供一种高电导率低比表面积磷酸铁锂/碳复合材料及其制备方法。

本发明所得的磷酸铁锂/碳复合材料具有电子电导率高、离子电导率高、放电克容量高、比表面积低、生产能耗低等优点；采用该复合材料制备锂离子电池的正极电极时，无需加入任何导电剂；所制得的正极电极在锂离子电池使用过程中安全性高。

本发明的技术方案如下：

一种磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法，包括：以含有石蜡的有机溶剂为研磨介质，将FePO₄、锂源加入研磨介质中研磨，经干燥、烧结，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；再将碳包覆的磷酸铁锂材料碳化，即得。

本发明通过在研磨介质中添加低软化点石蜡，可有效阻止烧结过程中磷酸铁锂晶粒的长大，其形成的高电导率碳层网络能够有效包覆在磷酸铁锂颗粒表面上；再进一步利用碳化手段，在碳包覆的磷酸铁锂颗粒之间形成导电碳链，碳化后复合材料中可增加0.1-0.5％的碳含量，可显著提高磷酸铁锂/碳复合材料的导电性。

本发明中，所述石蜡为牌号52#、54#、56#、58#、60#、62#、64#、66#、68#、70#、72#、74#、76#中的一种或几种。

所述石蜡的添加量为FePO₄质量的0.1-30％。

所述有机溶剂为酮类或烷烃类中一种或几种混合；其中，所述酮类选自丙酮、丁酮、戊酮中的一种或几种；所述烷烃类选自己烷、庚烷、辛烷、环己烷、环庚烷、环辛烷中的一种或几种。所述有机溶剂与物料(FePO₄与锂源)总质量之比为0.8-1:1。

所述锂源选自碳酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂中的一种或几种。