[发明专利]一种改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法，先以硝酸锂、磷酸二氢铵、硝酸铁、三氧化二钇、五氧化二钽为原料制成掺杂磷酸铁锂，然后将掺杂磷酸铁锂与石墨烯包覆纳米锡粒子复合造粒制成掺杂磷酸铁锂复合体，最后在掺杂磷酸铁锂复合体表面包覆硅铝层，得到一种改性磷酸铁锂正极材料，电阻率低、大大改善了充放电性能，并有较高的低温效率。

技术领域

本发明涉及锂电池新能源材料技术领域，特别地，涉及一种改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

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等优点已成为新能源材料领域发展的热点。对于薄膜锂电池而言，正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素。

目前，常用的薄膜锂离子电池正极材料包括LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等。其中，磷酸铁锂能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子，具有原材料来源丰富、比容量高、循环寿命长、安全无毒、环境友好等特点，被认为是新能源动力电池的理想正极材料。

但是，磷酸铁锂电导率低，导电性差，极片在充放电过程中容易产生极化，低温环境中，Li⁺在活性物质中迁移路径较长，迁移速率慢，迁移过程中所受阻力较大，低温充放电性能差；此外，电流密度增大时，Li⁺在活性物质迁移所受阻力增大，极化加剧，电池倍率性能急剧下降，使其在低温环境中应用受到限制。

通常对磷酸铁锂改性的方法主要有三种：利用金属离子对磷酸铁锂进行掺杂，提高材料本征电导率，降低极化，但此方法但并不能解决Li⁺迁移速率慢的问题，因此极片极化仍然严重；利用碳材料对磷酸铁锂进行包覆，增大磷酸铁锂颗粒之间电导率，并改善颗粒表面各相异性，降低极片极化，并保证Li⁺顺利迁移，然而，目前所使用碳材料多为无定形碳，孔结构无序，孔径分布不均，无法解决大电流密度下低温电池倍率性能差的问题；将磷酸铁锂纳米化，缩短Li⁺迁移路径，但无法解决磷酸铁锂电导率低等根本性问题。现有的磷酸铁锂改性的重点工作仍旧是如何降低电阻率、改善其充放电性能和低温效率等。

发明内容

本发明目的在于提供一种改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法，以解决磷酸铁锂电阻率、充放电性能、低温效率等不理想等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种改性磷酸铁锂正极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)先将硝酸锂、磷酸二氢铵、硝酸铁、三氧化二钇、五氧化二钽为原料制成掺杂磷酸铁锂，使得所含锂、磷、铁、钇、钽的摩尔比为1：1：(1-x-y)：x：y，其中，x＝0.18～0.22：y＝0.08～0.13；

(2)然后将掺杂磷酸铁锂与石墨烯包覆纳米锡粒子按照摩尔比1：0.2～0.3复合造粒，制成掺杂磷酸铁锂复合体；

(3)最后在掺杂磷酸铁锂复合体表面包覆0.02～0.03倍重量的硅铝层，得到一种改性磷酸铁锂正极材料；

其中，步骤(3)的具体方法是：先制备含硅铝溶胶，然后将掺杂磷酸铁锂加入含硅铝溶胶中，搅拌均匀，抽滤，真空干燥4～5小时，氢气气氛下800～900℃处理10～12小时，自然冷却至室温即可。

优选的，以重量份计，所述含硅铝溶胶的制备方法如下：先将1份铝粉和0.6～0.8份固含量10～15％的硅酸钠水溶液加入6～8份去离子水中，搅拌加热至55～60℃，然后加入质量浓度25～33％的盐酸溶液，搅拌加热至90～95℃，保温反应8～10小时，自然冷却至60～70℃，过滤，即得所述的含硅铝溶胶。