高性能鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C的製備方法

2023-05-08 23:59:26 1

專利名稱：高性能鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電池正極活性物質的製備方法，特別是涉及一種高 性能鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的製備方法。
二背景技術：
鋰離子電池具有放電倍率高、使用溫度範圍寬、循環性能優良、安全性好、 環保無汙染等優點，自問世以來已廣泛應用於行動電話、手提電腦、小型攝像 機等可攜式電子設備中。鋰離子電池作為新一代能源材料，還將在電動汽車、 衛星、航天及軍事領域有廣泛應用。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分， 研究和開發高性能的正極材料已成為鋰離子電池發展的關鍵所在。 一系列研究 表明LiFePO,己經成為最有前途的鋰離子電池正極材料之一，但由於LiFeP0^本 身晶體結構的限制，離子電導率低，高倍率充放電性能差，達不到實際應用的 要求。已有研究表明，在LiFeP04添加或包覆具有導電性的碳、摻雜金屬粉體及 金屬離子，能夠有效提高其電導率。
目前製備LiFeP04材料的方法有固相合成法、溶膠-凝膠法、氧化還原法、 微波合成法和水熱法等。人們對LiFeP04的固相法合成研究的比較多，但固相法 合成時間長，熱能利用率低，顆粒不均勻而且易出現Fe的雜質相。對LiFeP04/C 微波合成研究較少，並且使用的是家用微波爐，產量小，反應條件不易控制， 難以進行工業化生產。而溶膠-凝膠法的優點是前驅體溶液化學均勻性好(可達 分子級水平)、凝膠熱處理溫度低、粉體處理性能好、反應過程易於控制、設備 簡單，但是乾燥收縮大、工業化生產難度較大，合成周期較長。
CN 1559889A公開了一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的製備方法，該方 法包括將含鋰化合物、亞鐵鹽、磷酸鹽和添加劑按一定摩爾比和添加劑混合， 然後將混合均勻的材料在500-850。C下進行熱處理；CN1457111A公開了一種鋰 電池正極材料及其製備方法，該方法包括將硝酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫氨和 導電摻雜劑混合後放入不鏽鋼球磨機中攪拌混合，然後將攪拌混合的粉料轉移
到氧化鋁陶瓷坩鍋中。在氮氣等惰性氣體下，升溫到500-900'C反應10小時。 採用上述方法製得的粉體顆粒粒徑小而且分布窄，粉體燒結性能好，反應過程 易控制；但乾燥收縮大，而且工藝較為複雜，合成周期較長，成本較高，工業 化生產難度大。
另外，上述方法均採用二價鐵為鐵源，由於二價鐵價格較高且需要多次熱 處理和研磨，製備工藝複雜，且產物純度不易控制，從而使成本增加，大大限 制了其在鋰離子電池中的使用。
CN1564343A提出了以三價鐵為鐵源製備磷酸鐵鋰的方法，該方法包括將鋰 鹽、三價鐵化合物和磷酸鹽按一定摩爾比混合，研磨混合物後使其充分混合均 勻，然後在混合物中摻入高分子聚合物，在惰性氣體保護下於450-90(TC溫度下 熱處理8-50小時。其中的高分子聚合物為碳氫聚合物，優選聚丙烯。該方法未 使用價格較高的二價鐵化合物，生產工藝簡單、安全、成本低，但用該方法制 得的正極活性物質比容量低、電池的循環性能也不理想。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰成本高、 性能差的缺點，提供一種材料成本和能耗低、且製得的正極材料充放電容量高、 循環性能好的鋰離子電池正極材料LiFeP(VC的製備方法。
本發明的技術方案
一種高性能鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的製備方法，包括以下步驟
(1) 將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物和還原劑按摩爾比1: 0.8 1.2: 0.8 1.2: 0.3 1.0的比例分別配成溶液，將鐵源化合物、鋰源化合物分 別加入還原劑中，再加入磷源化合物，經攪拌混合均勻、陳化；
(2) 在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 在前驅體中加入1.5 11.5%的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，在非 氧化氛圍下經微波熱處理，製備出LiFeP04/C。
所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述的鐵源化合物為硝 酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所 述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨坩堝，所述碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖。
所述溶液的濃度為0. 1 3mol/L，所述非氧化氛圍是指惰性氣體氛圍或在真 空條件下，所述乾燥的乾燥溫度為55 8(TC、乾燥時間為8 12h，所述陳化時 間為10 14h，所述微波熱處理是利用微波在550 75(TC的溫度下處理15 25miru
所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述真空的真空度小於10帕。 一種高性能鋰離子電池正極材料&3+金屬摻雜LiFeP04/C的製備方法，包括 以下步驟
(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、還原劑和鉻鹽按摩爾比h 0.8 1.2: 0.8 1.2: 0.3 1.0: 0.02 0.05的比例分別配成溶液，將鐵源化 合物、鋰源化合物分別加入還原劑中，再加入磷源化合物，最後加入鉻鹽溶液， 經攪拌混合均勻、陳化；
(2) 在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 在前驅體中加入1.5 11.5%的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，並在 非氧化氛圍下經微波熱處理，製備出Cr"金屬摻雜LiFeP04/C。
所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述的鐵源化合物為硝 酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所 述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述鉻鹽為硝酸袼、鹼式硫酸鉻、硫酸鉻或 醋酸鉻，所述碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽 糖，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨坩堝，所述溶液的濃度為0. 1 3mol/L，所述 非氧化氛圍是指惰性氣體氛圍或在真空條件下，所述乾燥的乾燥溫度為55 80 °C、乾燥時間為8 12h，所述陳化時間為10 14h，所述微波熱處理是利用微 波在550 750。C的溫度下處理15 25min。
所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述真空的真空度小於10帕。 一種高性能鋰離子電池正極材料(:03+金屬摻雜LiFeP04/C的製備方法，包括 以下步驟
(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、還原劑和鈷鹽按摩爾比l:0.8 1.2: 0.8 1.2: 0. 3 1.0: 0. 02 0. 05的比例分別配成溶液，將鐵源化 合物、鋰源化合物分別加入還原劑中，再加入磷源化合物，最後加入鈷鹽溶液， 經攪拌混合均勻、陳化；
(2) 在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 在前驅體中加入1.5 11.5%的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，並在 非氧化氛圍下經微波熱處理，製備出Co"金屬摻雜LiFeP(VC。
所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述的鐵源化合物為硝 酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所 述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述鈷鹽為硝酸鈷、硫酸鈷或醋酸鈷，所述 碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖，所述坩堝 為氧化鋁坩堝或石墨坩堝，所述溶液的濃度為0. 1 3mol/L，所述非氧化氛圍是 指惰性氣體氛圍或在真空條件下，所述乾燥的乾燥溫度為55 80°C、乾燥時間 為8 12h，所述陳化時間為10 14h，所述微波熱處理是利用微波在550 750 ""C的溫度下處理15 25min。
所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述真空的真空度小於10帕。
本發明的有益效果:.
(1) 本發明採用溶膠凝膠與微波處理結合的方法，先製備出納米級的 LiFePCU敫粒，在此基礎上通過包覆碳和化學摻雜對LiFeP04進行改性。通過在 Li位、Fe位或P位摻雜金屬元素，增大了磷酸鐵鋰的晶胞體積，尤其是增大鋰 離子的擴散通道，減少鋰離子的嵌入、脫嵌的阻力，有利於提高磷酸鐵鋰離子 導電性。另外，微波處理將材料與微波場相互作用，微波被材料吸收並轉化為 熱能，從材料內部對其整體進行加熱，實現快速升溫，大大縮短了處理時間， 提高了產量，降低了材料成本和能耗，簡化了工藝，易於在工業上實施。
(2) 本發明採用溶膠凝膠溼法摻雜得到前驅體，然後應用大功率的工業微 波爐進行處理(微波爐功率為3 5kw)，既利用溶膠凝膠法有效地控制了 LiFeP04 的化學成分、相成分和粒徑，提高了其均勻性和導電性能；同時利用微波處理 技術升溫快、加熱均勻、防止團聚的優點，縮短了處理時間。 溶膠-凝膠法的優點是前驅體溶液化學均勻性好、凝膠熱處理溫度低、粉 體顆粒粒徑小而且分布窄、粉體處理性能好、反應過程易於控制、設備簡單； 微波加熱是材料自身整體同時升溫加熱，加熱速度快、無汙染，處理樣品晶粒 細化，結構均勻，同時微波加熱可以精確控制，縮短合成時間，節約能源。
(3)本發明通過包覆碳和摻雜金屬元素，在大幅度地提高磷酸鐵鋰電導率
的同時，有效地提高了充放電容量和循環次數。本發明的產品在室溫下以20 mA/g 進行充放電，首次放電容量為121.6 mAh/g， IO次循環後為115.8mAh/g。 四

圖l為摻雜(2%C)納米石墨的LiFeP04 70(TC微波熱處理的掃描電鏡圖。 圖2為摻雜(4%C)納米石墨的LiFeP04 70(TC微波熱處理的掃描電鏡圖。 從圖1和圖2可以看出，試樣顆粒細小，尤其是圖2中顆粒分布較均勻， 最大顆粒為10"m左右。可見納米石墨的加入對顆粒起到細化作用。 圖3為純LiFePO/微波熱處理lh的XRD圖。
圖中60(TC和70(TC微波熱處理均出現了 FeA相，隨著溫度的升高Fe2(Ug 的衍射峰逐漸減弱；當熱處理溫度升至800。C時Fe203的峰消失，但出現了 Fe的 峰。對比600 80(TC微波熱處理樣品的X射線衍射譜可以發現，在600。C就可 以得到與LiFeP04相同的橄欖石晶型結構，(JCPDS卡)屬於正交晶系的空間群。 表明溶膠凝膠-微波法能夠得到橄欖石結構的LiFeP(X相。
圖4為摻4%C與純LiFeP04的XRD圖。
選取了摻4%C和未摻C樣品的X射線衍射圖進行比較。摻4%C試樣的衍射 峰較未摻C的試樣的衍射峰有所減弱，但出現了 FeA雜峰。利用Scherrer公式 近似計算合成LiFeP04的晶粒大小，未摻C的試樣其平均晶粒度為60nm左右， 摻雜C後為49nm左右。
圖5為摻有金屬C和C,的LiFeP04的XRD圖。
摻有Cr3+、 Cq3+的LiFeP04 7 00'C微波熱處理20min的X射線衍射圖，由於 Cr3+、 Cq3+的加入量很少，從圖5中沒有看到含有Cr和Co相的衍射峰。 圖6為鋰離子電池正極材料LiFeP(VC的製備工藝流程簡圖。
五具體實施例方式
實施例一鋰離子電池正極材料LiFeP(VC的製備方法
(1) 將LiOH H20、 Fe(N03)3 9H20、 H3P04、抗壞血酸按摩爾比1: 1. 2: 1. 0: 0. 6的比例稱取好，向其中分別加入去離子水配成溶液，溶液濃度均為1. Omol/U 先將Fe (N03) 3 9H20溶液、LiOH H20溶液分別加入抗壞血酸溶液中，再加入H3P04 溶液，充分攪拌混合均勻，陳化13小時；
(2) 在溫度為7(TC、真空度低於10帕的條件下、乾燥12h，得到幹凝膠， 將幹凝膠研磨成細粉，得到前驅體；
(3) 向前驅體中加入8.0%的納米碳黑，在球磨機內研磨15min，然後置於 氧化鋁坩堝中，氬氣氣氛保護下在72(TC的溫度下微波熱處理20min，得到 LiFeP(VC。
實施例二 LiFeP04/C的製備方法
(1) 將LiOH*H20、 Fe(N03)3 9H20、 H3P04、抗壞血酸按摩爾比1: 1: 1: 0.5的比例稱取好，分別加入蒸餾水配成溶液，溶液濃度均為1.5mol/L。先將 Fe(N03)3 9H20溶液、LiOH H20溶液分別加到抗壞血酸溶液中，再加入H3P(V溶 液，充分攪拌混合均勻，陳化12小時；
(2) 在氬氣氣氛保護下，溫度為7(TC、乾燥10h，得到幹凝膠，將幹凝膠 研磨成細粉，得到前驅體；
(3) 向前驅體中加入5.0%的納米乙炔黑，在球磨機內研磨15min，然後置 於氧化鋁坩堝中，氬氣氣氛保護下在70(TC的溫度下微波熱處理15min，得到 LiFeP04/C。
實施例三LiFeP(VC的製備方法
(1) 將LiOH'H20、 Fe(N03)3 9H20、 H3P04、抗壞血酸按摩爾比l: 1.2: 1: 0.3的比例稱取好，分別加入去離子水配成溶液，溶液濃度均為3.0mol/L。先 將Fe(N0》3'9H20溶液、LiOH H20溶液分別加到抗壞血酸溶液中，再加入H3P04 溶液，充分攪拌混合均勻，陳化10小時；
(2) 在真空度為7帕、溫度為6(TC的條件下，乾燥12h得到幹凝膠，將幹 凝膠研磨成細粉，得到前驅體； (3)向前驅體中加入2.0%的納米石墨，在球磨機內研磨12min，然後置於 氧化鋁坩堝中，在氮氣氣氛保護下在65(TC微波熱處理25min，得到LiFeP04/C。 實施例四LiFeP(VC的製備方法
(1) 將Li (CHm) *2H20、 Fe(N03)3 ，、 Li3P04、 H0CH2C00H按摩爾比1: 1.2: 0.5: 0.8的比例稱取好，分別加入去離子水配成溶液，溶液濃度均為 0.8mol/L。先將Li (CH3C02) 2H20溶液、Fe(N03)3 9H20溶液加入到H0CH2C00H 溶液中，再加入Li3P04溶液，充分攪拌混合均勻，用氨水調節PH到5.5 10.5， 再陳化14小時；
(2) 在溫度為8(TC、真空度為9帕的條件下，乾燥llh得到幹凝膠，將幹 凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3)向前驅體中加入3.0%的蔗糖，在球磨機內研磨16min，然後置於石墨 坩堝中，在氮氣保護下在溫度74(TC微波熱處理22min，得到LiFeP04/C。
實施例五LiFeP(VC的製備方法，同實施例一基本相同，不同之處在於 用硝酸鋰代替LiOH H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3 9H20，用磷酸銨代替^ 04，
用乳糖代替炭黑。
實施例六LiFeP04/C的製備方法，同實施例一基本相同，不同之處在於 用硝酸鋰代替LiOH H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3 9H20，用磷酸氫二銨代 替H3P04，用麥芽糖代替炭黑。
實施例七&3+金屬摻雜LiFeP04/C的製備方法
(1) 將LiOH H20、 Fe(N03)3 歸、H3P04、抗壞血酸、Cr(N03)3按摩爾比1:
1.0: 1.0: 0.5: 0.03的比例稱取好，分別加入去離子水配成溶液，溶液濃度均
為1. Omol/L。先將Fe(N03)3 9H20溶液、LiOH H20溶液分別加入抗壞血酸溶液 中，再加入H3P04溶液，最後加入硝酸鉻溶液；用磁力攪拌器充分攪拌均勻，陳 化12小時；
(2) 在真空度低於10帕、溫度為8(TC的條件下，乾燥llh得到黃色幹凝 膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 向前驅體中加入2%的納米石墨，在球磨機內研磨15min，然後置於氧 化鋁坩堝中，在氬氣保護下於68(TC的溫度下微波熱處理25min，得到Cr"金屬
摻雜LiFeP(VC。
實施例八Cr3+金屬摻雜LiFeP(VC的製備方法
(1) 將Li (CH3C02) 2H20、 Fe(N03)3 9H20、 Li3P04、 H0CH2C00H、 Cr2(S04)3 按摩爾比l: 0.8: 1.0: .0.8: 0.02的比例稱取好，分別加入蒸餾水配成溶液， 溶液濃度均為0. 5mol/L。先將Fe(N03)3 9H20溶液、Li (CH3C02) 2H20溶液分 別加入到H0CH2C00H溶液中，再加入Li3P04溶液，最後加入硫酸鉻溶液。用磁力 攪拌器充分攪拌均勻，陳化14小時；
(2) 在氬氣保護、溫度為6(TC的條件下，乾燥10h得到黃色幹凝膠，將幹 凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 向前驅體中加入10%的碳黑，在球磨機內研磨18min，然後置於石墨 坩堝中，在氬氣保護下於58(TC的溫度下微波熱處理20min，得到Cr"金屬摻雜 LiFeP(VC。
實施例九03+金屬摻雜LiFeP04/C的製備方法，同實施例七基本相同，不 同之處在於用硝酸鋰代替LiOH H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3 9H20，用磷酸 銨代替H3P0,，用乳糖代替納米石墨，用鹼式硫酸鉻代替硝酸鉻。
實施例十C,金屬摻雜LiFeP(VC的製備方法，同實施例七基本相同，不 同之處在於用硝酸鋰代替LiOH*H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3*9H20，用磷酸 氫二銨代替H3P04，用麥芽糖代替納米石墨，用醋酸鉻代替硝酸鉻。
實施例十一0)3+金屬摻雜LiFeP0,/C的製備方法
(1) 將LiOH H20、 Fe(N03)3 ，、 H3P04、抗壞血酸、Co(,3)3按摩爾比1: 1.0: 0.8: 0.7: 0.05的比例稱取好，分別加入去離子水配成溶液，溶液濃度均 為2. Omol/L。先將Fe(N03)3 9H20溶液、LiOH H20溶液分別加入抗壞血酸溶液 中，再加入H3P(V溶液，最後加入硝酸鈷溶液。用磁力攪拌器充分攪拌均勻，陳 化10小時；
(2) 在溫度為6(TC、真空度低於10帕的條件下、乾燥10h得到黃色幹凝 膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；
(3) 向前驅體中加入5%的炭黑，在球磨機內研磨18min，然後置於氧化鋁 坩堝中，在氬氣保護下於70(TC的溫度下微波熱處理20inin，得到(:03+金屬摻雜
LiFeP04/C。
實施例十二 (:03+金屬摻雜LiFeP(VC的製備方法，實施例十一基本相同， 不同之處在於用硝酸鋰代替LiOH H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3'9H20,用磷 酸銨代替H3P04，用納米石墨代替炭黑，用硫酸鈷代替硝酸鈷。
實施例十三(:03+金屬慘雜LiFeP(VC的製備方法，同實施例十一基本相同， 不同之處在於用硝酸鋰代替LiOH*H20，用硫酸鐵代替Fe(N03)3'9H20，用磷 酸氫二銨代替H3P04，用葡萄糖代替炭黑，用醋酸鈷代替硝酸鈷。
實施例十四(:03+金屬摻雜LiFeP(VC的製備方法，同實施例十一基本相同， 不同之處在於用硝酸鋰代替Li0H H20，用磷酸氫二銨代替H3P04，用麥芽糖代 替炭黑，用醋酸鈷代替硝酸鈷。
權利要求
1、一種高性能鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的製備方法，其特徵是(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物和還原劑按摩爾比1∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.3～1.0的比例分別配成溶液，將鐵源化合物、鋰源化合物分別加入還原劑中，再加入磷源化合物，經攪拌混合均勻、陳化；(2)在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；(3)在前驅體中加入1.5～11.5％的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，在非氧化氛圍下經微波熱處理，製備出LiFePO4/C。
2、 根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的製備方 法，其特徵是所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述的鐵源 化合物為硝酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸鋰、磷酸銨或磷酸 氫二銨，所述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨坩 堝，所述碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖。
3、 根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的製備方 法，其特徵是所述溶液的濃度為0. 1 3mol/L，所述非氧化氛圍是指惰性氣體 氛圍或在真空條件下，所述乾燥的乾燥溫度為55 8(TC、乾燥時間為8 12h， 所述陳化時間為10 14h，所述微波熱處理是利用微波在550 75(TC的溫度下 處理15 25min。
4、 根據權利要求3所述的高性能鋰離子電池正極材料LiFeP(VC的製備方 法，其特徵是所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述真空的真空度小於 10帕。
5、 一種高性能鋰離子電池正極材料Cr3+金屬摻雜LiFeP(VC的製備方法， 其特徵是(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、還原劑和鉻鹽按摩爾比l: 0.8 1.2: 0.8 1.2: 0.3 1.0: 0.02 0.05的比例分別配成溶液，將鐵源化 合物、鋰源化合物分別加入還原劑中，再加入磷源化合物，最後加入鉻鹽溶液，經攪拌混合均勻、陳化；(2) 在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體；(3) 在前驅體中加入1.5 11.5%的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，並在 非氧化氛圍下經微波熱處理，製備出Cr3+金屬摻雜LiFeP(VC。
6、 根據權利要求5所述的高性能鋰離子電池正極材料Cr3+金屬摻雜 LiFeP04/C的製備方法，其特徵是所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝 酸鋰，所述的鐵源化合物為硝酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸 鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述鉻鹽為硝 酸鉻、鹼式硫酸鉻、硫酸鉻或醋酸鉻，所述碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、 葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨坩堝，所述溶液 的濃度為0.1 3mol/L，所述非氧化氛圍是指惰性氣體氛圍或在真空條件下，所 述乾燥的乾燥溫度為55 80°C、乾燥時間為8 12h，所述陳化時間為10 14h， 所述微波熱處理是利用微波在550 750"C的溫度下處理15 25min。
7、 根據權利要求6所述的高性能鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的製備方 法，其特徵是所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述真空的真空度小於 10帕。
8、 一種高性能鋰離子電池正極材料0)3+金屬摻雜LiFeP04/C的製備方法， 其特徵是(1) 將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、還原劑和鈷鹽按摩爾比l:0.8 1.2: 0.8 1.2: 0.3 1.0: 0.02 0.05的比例分別配成溶液，將鐵源化 合物、鋰源化合物分別加入還原劑中，再加入磷源化合物，最後加入鈷鹽溶液， 經攪拌混合均勻、陳化；(2) 在非氧化氛圍下乾燥，得到幹凝膠，將幹凝膠研磨成細粉得到前驅體;(3) 在前驅體中加入1.5 11.5%的碳源化合物，研磨後置於坩堝中，並在 非氧化氛圍下經微波熱處理，製備出(:03+金屬摻雜LiFeP(VC。
9、 根據權利要求8所述的高性能鋰離子電池正極材料Co3+金屬摻雜 LiFeP04/C的製備方法，其特徵是所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述的鐵源化合物為硝酸鐵或硫酸鐵，所述的磷源化合物為磷酸、磷酸 鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所述的還原劑為抗壞血酸或乙醇酸，所述鈷鹽為硝 酸鈷、硫酸鈷或醋酸鈷，所述碳源化合物為石墨、碳黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨柑堝，所述溶液的濃度為0. l 3mol/L，所述非氧化氛圍是指惰性氣體氛圍或在真空條件下，所述乾燥的乾燥 溫度為55 8(TC、乾燥時間為8 12h，所述陳化時間為10 14h，所述微波熱 處理是利用微波在550 750。C的溫度下處理15 25min。
10、根據權利要求9所述的高性能鋰離子電池正極材料Co"金屬摻雜 LiFeP04/C的製備方法，其特徵是所述惰性氣體是指氮氣、氬氣或氦氣，所述 真空的真空度小於10帕。
全文摘要
本發明涉及一種以廉價的鐵源、磷源、鋰源、碳源等無機鹽和還原劑為原料，製備鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的製備方法。採用溶膠凝膠與微波處理結合的方法，製備出納米級的LiFePO4微粒，同時對其進行碳包覆。在此基礎上通過Cr3+、Co3+金屬摻雜對LiFePO4/C進行改性。本發明利用大功率的工業微波爐進行處理，大大縮短了LiFePO4的處理時間，大幅度地提高了產量，降低了材料成本和能耗，簡化了工藝，提高鋰電池的工業生產的效率，易於在工業上實施。將其作為大電流放電的鋰離子電池正極材料。本發明通過碳包覆和摻雜金屬元素，在大幅度地提高磷酸鐵鋰的電導率的同時，有效地提高充放電容量和循環次數。
文檔編號H01M4/04GK101179124SQ20071005503
公開日2008年5月14日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者劉宇飛, 劉新保, 吳江峰, 周永剛, 賈曉林, 馬美品 申請人:鄭州德朗能電池有限公司