本发明专利技术涉及一种锂离子电池用微米级LiFePO4/C复合正极材料的制备方法，包括将铁源、磷源和有机碳源均匀混合，然后预烧得到磷酸铁盐/碳复合前驱体；再将得到的复合前驱体、锂源和无机碳源混合均匀后压制成型，在烧结炉中于一定惰性气体压力下，在700～800℃下保温一定时间，降温后粉碎得到LiFePO4/C复合材料。本发明专利技术还涉及根据该方法获得的具有纳米碳导电网络的微米级LiFePO4/C复合正极材料，该材料具有纯度高、振实密度高、一致性好、加工性能优秀、倍率放电性能优良的特点。
【技术实现步骤摘要】
—种锂离子电池用[丨「40/0复合正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池用正极材料的制备技术，具体而言涉及一种微米级11？0？0470复合正极材料的制备方法以及由该方法得到的11？6？04%复合正极材料。
技术介绍
过去几十年，随着资源的日益消耗和环保意识的加强，全球对新能源材料的需求逐年增加，锂电材料因为其高比能量、环保安全和可重复充放电等诸多优点而受到广泛的关注和研发。锂离子电池经过十多年的发展，有望成为电动车和混合动力车的理想储能装置。因此，具备高安全性能、循环性能优异、环境污染小、原料成本低廉并且能承受大电流充放电等优点的磷酸铁锂电池成为了研究和发展的重点。据已有的文献来看，大多采用高温固相法合成磷酸铁锂，也有通过溶胶-凝胶法以及水热法等软化学方法来合成磷酸铁锂。其中固相法合成方法简单，21^118等人提出以- 2！！20和碳粉为原料合成 11？6？04[8- 8-1.^11611, 1(.XII； 61: 81.0^)1:11111281:1011 0？ 1-6801:1011 0011(111:1011 5011(1-5^8^60？ 1^1？6？04~0 00111^)051^6 08^110(165.^0111*1181 0？ ？0^6^ 30111X68，2005，147:234-240]，但该方法难以控制产物组分的均匀性，在0.倍率下放电容量为127111^ - ^1,不利于制备倍率循环性能良好的材料。X等提出了 1^2？04、 ？6203 和碳粉为原料合成 11？6？04 的碳热还原法〔3恥76！~ 了 1,881(11 I 111:11111111 11-011 (11) ￠11081)110-011^11168& 110^61 081^1301:116^11181 1^6(11101:1011 11161:110(1.￡1601:1-001161111081 811(1 8011(1-81:81:6 1^61:1:61~8，2003，6 (3):六53 ?八55]，该方法实际上也是高温固相反应，也存在反应时间过长，产物颗粒大小不均匀的缺点，导致电化学性能不好。 目前，为了提高材料电性能，大多通过降低磷酸盐材料粒径的途径，这样就会导致堆积密度? 1.08八1113，涂成极片后压实密度仅有2.0-2.18/挪3，不利于提高体积能量密度；而且颗粒尺寸减少导致比表面积增大，从而需要更多的粘结剂和分散溶剂，不利于极片加工和降低电池成本。在保证材料电性能的前提下，对碳包覆工艺进行优化，保证活性11？6？04颗粒具有良好的导电接触，尽量改善11？6？04的物理性能(比如提高振实密度和活性颗粒的尺寸、降低比表面积)，是制备高能量密度高导电性11？6？04%复合材料的关键。 本专利技术基于以下方面:首先是，增大颗粒材料的粒径，提高材料的结晶度和振实密度，改善磷酸铁锂电池正极片的加工性能；二是提高复合碳组份的导电性，增加碳组分中的邓2/邓3成键比例，控制碳含量；三则是在活性颗粒中形成分布均匀的导电网络，提高微米级正极材料的界面导电能力。为此，本专利技术提出了具有良好电子与离子传输通道的微米级磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法，其中采用分步添加复合碳源对“？6？04材料进行碳包覆改性，并且精密控制各个步骤的加工参数，从而有效控制碳包覆的均匀性，构筑纳米碳导电网络，改善电荷传输性能；同时通过调节[1/?比例优化材料结构，提升锂离子表/界面扩散能力，提高锂离子和电子的传输速率，从而达到提高颗粒尺寸及其表面电子-离子导电网络的目的。
技术实现思路
针对现有技术中磷酸铁锂材料低密度、低电导率及加工性能不好的缺陷，从材料的实际应用出发，本专利技术提供了一种具有原位碳导电网络的微米级11？6？04%复合正极材料的制备方法，兼顾磷酸铁锂材料的电化学性能和加工性能，根据本专利技术的方法可以得到高密度、高倍率、高容量的锂离子电池用正极材料。 具体而言，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的11？6？04%复合正极材料的制备方法，包括如下步骤: 1)将铁源、磷源和有机碳源均匀混合，得混合物，于惰性气氛下500 — 6501预烧2?6小时得到磷酸铁盐/碳复合前驱体； 2)将步骤1)获得的磷酸铁盐/碳复合前驱体与锂源和无机碳源混合均匀后，在21？3~151？3压力下压制成型； 3)将步骤2)的压制成型的混合物在0.惰性气体压力下进行加热处理，热处理温度为700?8001，时间为0.5?4小时； 4)冷却后获得所述11？6？04%复合正极材料。 上述步骤中所用的原料配料比按照名义分子式进行称量，式中0彡X彡0.05，例如为0彡X彡0.04,0彡X彡0.03或0彡X彡0.02。目标产物中碳含量为1?6被％，例如为1?5被％，1?4被％，或1?3被％，基于目标产物的重量计。 所用的铁源可以为本领域中所常用的铁源，例如为草酸亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、磷酸铁中的至少一种或其混合物。 所用的磷源可以为本领域中所常用的磷源，例如为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸二氢锂中的至少一种或其混合物。 所用的有机碳源例如为葡萄糖、蔗糖、壳聚糖、淀粉、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、聚丙烯、酚醛树酯中的至少一种或其混合物。有机碳源的添加量按目标产物质量含量的0.5?3.5被％加入，优选1?3被％，更优选2?3被％。 所用的锂源例如为氢氧化锂、碳酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、乙酸锂中的至少一种或其混合物。 所用的无机碳源例如为氧化石墨、导电碳纤维、超导炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种或其混合物。无机碳源的添加量按目标产物质量含量的0.5?2.5被％加入，优选 0.5?2.0被%，更优选1?2被%。 所用的保护气氛或惰性气氛为II气，氮气，II气-氢气混合气体，氮气-氢气混合气体的至少一种或其混合物。 步骤1)中的混合过程优选采用斜混球磨法，采用该方法可以使得铁源、磷源和有机碳源的混合均匀度和混合效率更佳，从而有利于最终所得产品的性能。混合时间优选为2到8小时，更优选2-4小时。 步骤1)中的预烧在500 — 6501的温度下进行，优选在550 — 6501的温度下进行；控制预烧过程的温度有利于消除颗粒间的空隙和疏松，改善材料结构的均匀性。预烧过程的持续时间为2-6小时，优选2-5小时。 步骤2)中的压制成型过程在2腿压力下进行，优选在5腿压力下进行。 在步骤3)中，将压制成型的混合物例如装入坩埚中，置于压力容器例如压力烧结炉中进行加压热处理。其中控制热处理的温度和压力，以使得在加热过程中反应体系经受各向均衡的压力，强化扩散传质与烧结过程，改善材料结构的均匀性并且减少的反位缺陷。例如惰性气体压力为0.，优选0.3-0.71？，温度为700 — 8001，优选在720-760。。，时间为 0.5-411,优选在 0.5-2匕。 在本专利技术的方法中，通过分步碳包覆-加压成型-压力烧结来实现磷酸铁锂/碳复合材料的制备过程。其中采用分步添加复合碳源可利于获得均匀的碳导电网络结构，复合材料中的高导电相碳和热解的无定形碳分散在微米级磷酸铁锂颗粒间和表面，从而有效地降低电荷迁移阻力。通过预本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于锂离子电池的LiFePO4/C复合正极材料的制备方法，包括如下步骤:1)将铁源、磷源和有机碳源均匀混合，得混合物，于惰性气氛下500－650℃预烧2～6小时得到磷酸铁盐/碳复合前驱体；2)将步骤1)获得的磷酸铁盐/碳复合前驱体与锂源和无机碳源混合均匀后，在2MPa‑15MPa压力下压制成型；3)将步骤2)的压制成型的混合物在0.1‑1MPa惰性气体压力下进行加热处理，热处理温度为700～800℃，时间为0.5～4小时；4)冷却后获得所述LiFePO4/C复合正极材料，其中所述LiFePO4/C复合正极材料的原料配料比按照Li1+xFe1‑xP1+x/5O4/C名义分子式进行称量，式中0≤x≤0.05，碳含量1～6wt％，基于所述复合正极材料的重量。
【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的LiFeP04/C复合正极材料的制备方法，包括如下步骤: 1)将铁源、磷源和有机碳源均匀混合，得混合物，于惰性气氛下500- 650°C预烧2?6小时得到磷酸铁盐/碳复合前驱体； 2)将步骤I)获得的磷酸铁盐/碳复合前驱体与锂源和无机碳源混合均匀后，在2MPa-15MPa压力下压制成型； 3)将步骤2)的压制成型的混合物在0.1-1MPa惰性气体压力下进行加热处理，热处理温度为700?800°C，时间为0.5?4小时； 4)冷却后获得所述LiFeP04/C复合正极材料， 其中所述LiFeP04/C复合正极材料的原料配料比按照Li1+xFei_xP1+x/504/C名义分子式进行称量，式中O彡X彡0.05,碳含量I?6wt%,基于所述复合正极材料的重量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铁源为草酸亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、磷酸铁中的至少一种；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸二氢锂中的至少一种；所述有机碳源为葡萄糖、蔗...
【专利技术属性】
技术研发人员：石迪辉，周宏祥，贺天江，唐世国，周少江，方义，
申请(专利权)人：四川浩普瑞新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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