本发明专利技术锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料含碳磷酸铁锂（LiFePO4/C）的制备方法。本发明专利技术方法是将磷酸铁、锂盐、碳源化合物及少量有机镁金属配合物按比例混合均匀，加入适量的溶剂进行球磨搅拌成浆状，并烘干形成先驱物，然后在惰性气氛下煅烧得到含碳包覆的磷酸铁锂正极材料。本发明专利技术具有制备简单，工艺易控，重复性好等特点。本发明专利技术中有机镁金属配合物助剂的加入不但提高了磷酸铁锂材料的振实密度，更是改善了磷酸铁锂材料的导电性，提高了材料在大电流下充放电的性能，使材料更能适用动力电池对磷酸铁锂材料高能量密度及高倍率充放电的应用需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池正极材料含碳磷酸铁锂(LiFeP04/C)的制备方法。
技术介绍
化学电池，例如金属锂或锂离子电池，是一类电能存储装置，通常包含电流集电极、电荷存储材料、电解质、隔膜等。金属锂或锂离子电池通常具有电位高、比容量大、比体积大、充放电次数多等优点，广泛应用于移动电话、手提计算机、仪器仪表、电动工具、电动车等领域，并逐渐成为主流的一次或二次化学电池。1997年美国德州大学J.B.Goodenough研究组等首次发现磷酸铁锂材料(LiFePO4)能可逆地嵌入和脱出锂离子。这种材料无毒、环境友好、原料来源丰富，具有价格低廉、容量高、循环性能好和热稳定性能好等优点，该材料成为理想的动力电池正极材料，引起了产业界的特别关注，并且产生了许多相关专利，例如美国专利US5910382，US6514640等。然而LiFePO4的本征电导率非常低，约为10_9S/cm，难以实用化。2000年，Ravet等人通过碳包覆技术大幅度地提高了材料的电导率。其中采用碳热还原法可以把碳包覆在LiFePO4晶界上，生成网络状导电石墨(2-3wt%)，从而大幅提高LiFePO4电导率(10_2S/cm)、容量。碳包覆技术通过将碳包覆在LiFePO4晶界上，使得LiFePO4表面电导率得到提高，但其本征电导率并没有增加。美国Valence技术公司通过钒、氟掺杂提高了 LiFePO4材料的电导率。美国A123系统公司通过金属离子掺杂、纳米尺寸等技术大幅度地提高了材料的电导率。如在LiFePCM的晶体结构中的Li位上引入阳离子杂质，形成例如化学通式为LihZxMPO4 的材料，其中 Z 为 T1、Zr、Mg、Ta、W、Nb、Al 等，M 为 Mn、Nb、Co、N1、Fe、Cr、V 等，把材料的电导率从10_9S/cm提高到10_3S/cm。制备磷酸铁锂材料的主要方法包括高温固相化学法、水热合成法等。高温固相化学法采用碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵等为初始原料；也可以用氢氧化锂，磷酸铁为初始原料；磷酸二氢锂，铁、氧化铁为初始原料；以蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇等为碳热还原材料、碳源。将上述原料用机械研磨、干燥后，放在惰性气体保护的炉子内，升温加热到约700摄氏度保持数小时后冷却至室温即获得LiFeP04/C材料。高温固相法的优点是工艺简单、容易实现产业化，但产物粒径不易控制、分布不均匀，形貌不规则。水热合成法采用Na2HP04、FeCl3、CH3C00Li为原料，通过水热法合成LiFeP04。与高温固相法比较，水热合成法的温度较低，约150度 200度，反应时间也仅为固相反应的1/5左右，并且可以直接得到磷酸铁锂，不需要惰性气体，产物晶粒较小、物相均一，尤其适合于高倍率放电领域，但该种合成方法容易在形成橄榄石结构中发生Fe错位现象，影响电化学性能，且水热法需要耐高温高压设备，工业化生产的困难要大一些。US5910382和US6514640等现有技术在磷酸铁或其它过渡金属锂化合物合成过程中，通常是将碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢氨等在氮气保护下，通过碳氢化合物(CHn)高温分解的碳或一氧化碳来还原金属离子，形成LiFePO4，剩余的碳包覆在LiFeP04晶体上形成表面导电层。然而碳包覆层只能提高材料的表面电导率，LiFePO4本体材料的电导率仍然没有提高，采用该材料的电池还难以实现大电流充放电。美国A123系统公司不用碳包覆技术，而是通过金属离子掺杂术大幅度地提高了材料的电导率，如在LiFePO4材料中引入阳离子Nb、V杂质，如LUxFePOjZ为Nb、V等)，把材料的电导率从10_9S/cm，提高到10_3S/cm。然而上述技术仍然有改进的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种原料来源丰富、价格低廉，合成工艺简易可行、安全可靠、生产成本低、无环境污染，产物具有较好电化学性能及高振实密度的锂离子电池正极材料含碳磷酸铁锂(LiFeP04/C)的合成方法。本专利技术提供的锂离子电池正极材料含碳磷酸铁锂的合成方法，是将磷酸铁、锂盐、碳源化合物及有机镁金属配合物助剂按摩尔比1:0.5:1:0.01混合均匀，加入适量的溶剂进行球磨搅拌成浆状，并烘干形成先驱物，然后在惰性气氛“100°C --400°C预热1--3小时；3000C —500°C脱水1—5小时；500°C —900°C保温4—10小时，得到含碳包覆的磷酸铁锂正极材料。本专利技术中的有机镁金属配合物助剂不但可以改善磷酸铁锂材料的导电性，提高材料在大电流下充放电的性能，还可以提高磷酸铁锂材料的振实密度，从而提高电池的能量山/又O本专利技术中，所述的锂盐为氢氧化锂、碳酸锂或醋酸锂。本专利技术中，所述的碳源化合物为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇或单质碳。本专利技术中，有机 镁金属配合物助剂可以为二茂镁、8-羟基喹啉镁或卟啉镁。本专利技术中，有机镁金属配合物助剂的用量为磷酸铁锂摩尔质量的0.59Γ2%。本专利技术中，将原材料用溶剂进行湿润，所述溶剂为水、乙醇或丙酮中的一种，并且采用机械研磨进行预处理。本专利技术中，对经球磨处理的原材料进行干燥，并且在氮气或惰性气体保护下、在不高于摄氏900°C的环境中通过连续固相化学反应来制备所述的含碳磷酸铁锂材料。附图说明图1是按实施例1所制备的LiFeP04/C粉末材料的扫描电镜(SEM)图。图2是实施例1所制备的LiFeP04/C粉末材料的X射线衍射(XRD)谱图。图3是采用实施例1所制备的LiFeP04/C作为正极材料制备的IOAh电池在不同电流下的充电曲线图。图4是采用实施例1所制备的LiFeP04/C作为正极材料制备的IOAh电池在不同电流下的放电曲线图。图5是采用实施例1所制备的LiFeP04/C作为正极材料制备的IOAh电池在不同电流下的充放循环寿命图。具体实施方式在制备根据本专利技术的LiFeP04/C材料过程中，原材料选用锂盐、磷酸铁、碳源化合物及有机镁金属配合物助剂，另外还需要少量的溶剂和保护氮气。原材料按照摩尔配比加入少量溶剂，进行搅拌球磨，然后喷雾干燥得到前驱物。前驱物放入经氮气保护的煅烧炉进行预热、脱水、焙烧、退火、冷却、粉碎，得到目标材料。所合成的材料的电化学特性通过制备电池来评价。实验选用30微米铝箔作为正集电流极；正极材料为上述LiFeP04/C材料，该材料与导电碳黑、粘接剂(例如PVDF)按85:10:5比例及少量溶剂(例如NMP)混合，经过真空搅拌制成浆料涂覆在上述铝箔上；涂覆层经真空干燥、辊压制成正极片，得到正极材料的厚度为100微米。选用20微米铜箔作为负集电流极；负极材料选用石墨、导电碳黑、粘结剂(例如PVDF)，将这些负极材料按90:5:5比例及少量溶剂(例如NMP)混合后，经过真空搅拌制成浆料涂覆在上述铜箔上；经真空干燥、辊压制成负极片，制得负极材料的厚度为50微米。正负电极片经剪裁(例如尺寸为220mmX 180mm)后在中间放置30微米厚多孔状的绝缘隔膜(例如Celgard 2400)。以上所述正负电极片由多孔薄膜隔开，用叠层方法装入铝塑料复合软膜的包装中，注入有机电解质(I摩尔LiPF6有机碳酸脂混合溶剂EC:DEC)，引出正负电极接线端子，经真空热压制成IOAh锂离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料含碳磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，将磷酸铁、锂盐、碳源化合物及有机镁金属配合物助剂按摩尔比1:0.5:1:0.01混合均匀，加入适量的溶剂进行球磨搅拌成浆状，并烘干形成先驱物，然后在惰性气氛“100℃??400℃预热1??3小时；300℃??500℃脱水1??5小时；500℃??900℃保温4??10小时，得到含碳包覆的磷酸铁锂正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤昊，许军，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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