本发明专利技术公开了一种铈掺杂钴酸锶与碳共同包覆磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制备方法，以C包覆的LiFePO4粉末为基体，再在其表面包覆SCC，形成C和SCC共同包覆LiFePO4；C含量占LiFePO4+C的质量百分比为1～12％；SCC含量占LiFePO4+C+SCC的质量百分比为0.1～10％。将LiFePO4+C粉体和SCC粉体分别称量，分散于酒精中；再将两种悬浮液分别经超声振荡10～60分钟后于室温下搅拌1～10小时；然后将SCC悬浮液一滴滴加入LiFePO4+C悬浮液中，于25～80℃搅拌，使其蒸发至糊状，干燥；在惰性气氛中于200～700℃热处理1～10小时，再研磨、过筛，得到LiFePO4+C+SCC目标粉体。本发明专利技术提高了LiFePO4活性物质的离子电导率和电子电导率，提高了正极材料的放电容量；阻止LiFePO4颗粒与电解液的直接接触，改善了高倍率性能以及循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池技术，特别涉及一种铈掺杂钴酸锶(sr(l.85(^15cO02.65，简写为SCC)与碳(C)共同包覆磷酸亚铁锂(LiFePO4)的锂离子电池正极材料及制备方法。
技术介绍
以磷酸亚铁锂(LiFePO4)为正极材料的锂离子电池在普通电子数码产品等不要求具有很高容量、不要求进行高倍率充放电的场合，已经取得广泛的应用，已经形成了很大的生产规模和消费市场。但便携式电动工具、电动自行车、电动汽车等需要的大容量、高功率的锂离子电池尚处于研究开发阶段。磷酸亚铁锂材料具有原料资源丰富、容量较高、充放电平台稳定、无毒、环境友好、热稳定性好、安全性高等优点，因此成为最有潜力的新一代锂离子电池正极材料。但是磷酸亚铁锂材料存在一个致命的缺点就是较低的电导率，一般数值是10_9S/ cm。如此低的电导率源自两个方面磷酸亚铁锂颗粒之间的电子电导率较低以及磷酸亚铁锂颗粒内部锂离子嵌入和脱出的扩散速率较低，后者造成颗粒内部离子电导率较低。这就使得电池在大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性能衰减很快。针对磷酸亚铁锂材料存在的问题，国内外以往的研究主要采用改善颗粒间导电性、提高磷酸亚铁锂颗粒内部本征导电能力、优化合成工艺、细化晶粒尺寸等方法。提高颗粒内部本征导电能力主要通过离子掺杂来实现，可用金属离子和非金属离子作为掺杂剂 . Electrochimica Acta，2010，55 :5886-5890 ;Sun C S， Zhang Y，Zhang X J，et al，Structural and electrochemical properties of Cl—doped LiFeP04/C，Journal of Power Sources，2010，195 :3680-3683]。细化晶粒则主要通过降低合成温度，釆用共沉淀法、溶胶-凝胶法等液相合成技术以及微波合成等途径来实现。而改性的大量研究工作主要集中于改善颗粒间导电性，主要通过在磷酸亚铁锂颗粒表面包覆导电材料来实现，如包覆碳，ElectrochimicaActa，2010，55 :1034-1041]、合金, Electrochemical and Solid-State Letters，2009，12 (11) :H399_H401]、金属，Powder Technology,2008，181 :301-306]、 导 ￠, Hfc^ ，Journal of Power Sources，2010，195 :5351-5359]、导电金属氧化物, Journal of Power Sources,2011,196 :5623-5630]、 石墨烯, Journal of Materials Chemistry,2010,20 9644-9650]以及碳纳米管, Journal of Power Sources,2008，184 :522-526]。目前研究最成熟且广泛具有商业应用价值的包覆手段是碳包覆，包覆碳不仅使材料的电子电导率得到提高，同时也能细化晶粒。但是，单纯的碳包覆很难在磷酸亚铁锂颗粒表面生成连续、均勻、完整的包覆层。且碳包覆量不宜过大，过高碳包覆量会降低正极材料的振实密度，从而降低电池的能量密度，所以实际应用的电池产品应尽量降低碳的含量。包覆金属效果很好，但是工艺复杂，价格昂贵。一些学者采用导电聚合物与碳共同包覆磷酸亚铁锂的方法实现改性取得不错效果，Boyano等采用聚吡咯(polypyrrole)与碳共同包覆磷酸亚铁锂材料，取得较好的电化学性能, Journal of Power Sources, 2010，195 :5351-5359]。Jin等人采用在磷酸亚铁锂表面包覆碳与导电金属氧化物氧化钒的方法来实现改性，采用球磨与固相法相结合在磷酸亚铁锂表面形成碳与氧化钒原位包覆，取得了较好电化学性能, Journal of Power Sources，2011，196 :5623-5630]。近若干年来有学者采用碳纳米管, Journal of Power Sources,2008,184 :522-526] ■ 石墨烯, Journal of Materials Chemistry,2010,20 9644-9650]作为导电添加剂直接与LiFePO4复合，改善了正极材料高倍率电化学性能。碳纳米管或石墨烯作为导电添加剂改变了传统导电添加剂与磷酸亚铁锂颗粒点-点接触的情况，而成为点-线或者点-面接触，再加上纳米管或石墨烯由于其结晶完整性，自身具有非常好的导电性，所以其添加量不需太多就可实现良好的效果。由于导电添加剂添加量降低，也使得正极材料能量密度提高。然而由于碳纳米管或石墨烯制备工艺复杂、价格昂贵， 目前而言该方法在大规模应用上存在很大困难。中国专利技术专利报道了采用酒精悬浮液法与球磨法制备金属氧化物锰酸锶镧(LSM)与碳共同包覆LiFePO4材料，取得良好改性效果，其中LSM室温下块体电导率大于IOOkm 1O本专利技术在此基础上做进一步发展，采用导电性更高的金属氧化物SCC(室温下块体电导率可达lOOOS/cm以上)制备SCC与碳共同包覆磷酸亚铁锂材料。
技术实现思路
本专利技术的目的，是克服现有碳包覆磷酸亚铁锂正极材料高倍率充放电性能差的缺点，提供一种对锂离子电池正极磷酸亚铁锂材料进行SCC与碳共同包覆、具有优良电化学性能，特别是高倍率电化学性能的锂离子电池正极材料。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种铈掺杂钴酸锶与碳共同包覆磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料，铈掺杂钴酸锶为Sra85Ce(1.15CO02.65，简写为SCC ；其组成和质量百分含量为C含量占Lii^eP04+C的质量百分比为1 12% ；SCC含量占Lii^P04+C+SCC的质量百分比为0. 1 10% ；以C包覆的 LiFePO4粉末为基体，再在其表面包覆SCC，SCC颗粒修复了 LiFePO4表面的不完整碳包覆导电层，形成C和SCC共同包覆LiFePO4。本专利技术的铈掺杂钴酸锶与碳共同包覆磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料的制备方法，将Lii^P04+C粉体和SCC粉体分别按照比例称量，分别分散于酒精中，LiFeP04+C悬浮液质量浓度为0. 1 30%，SCC悬浮液质量浓度0. 05 20% ；再将两种悬浮液分别经超声振荡10 60分钟后于室温下搅拌1 10小时；然后将SCC悬浮液一滴滴加入Lii^eP04+C悬浮液中，于25 80°C搅拌，使悬浮液蒸发至成为糊状，干燥；在惰性气氛中于200 700°C 热处理1 10小时，再研磨、过筛，得到Lii^P04+C+SCC目标粉体。所述的LiFeP04+C粉体，分别采用碳热还原法、溶胶凝胶法或者微波合成法来制备。 所述的SCC粉体，采用溶胶-凝胶自燃法来制备。本专利技术的有益效果是，通过对锂离子电池正极磷酸亚铁锂材料进行SCC与C共同包覆。纳米SCC颗粒修复了 LiFePO4表面的不完整碳包覆导电层，还起到如下两方面的作用(1)提高了磷酸亚铁锂活性物质的离子电导率和电子电导率，提高了正极材料的放电容量；( 阻止磷酸亚铁锂颗粒与电解液的直接接触，减少电解液对活性物质的腐蚀，改善了循环性能。由图1可见，在低倍率下充放电，包覆不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞松，吴立军，屈瑒，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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