一種高倍率磷酸鐵鋰正極材料及電池極片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高倍率磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，以及使用這種高倍率正極 材料制成的正極片。
【背景技術(shù)】
[0002] 正極材料的發(fā)展與電池性能密切相關(guān)，因此人們一直在開發(fā)新型的正級材料。目 前廣泛研宄的鋰離子電池正極材料集中于鋰的過渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的LiM02(M=Co、 Ni、Mn)和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204。作為正極材料它們各具特色，LiC〇02成本高，資源貧乏， 毒性大；LiNi02制備困難，熱穩(wěn)定性差；LiMn204容量較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差。為了解決以上 材料的缺陷，電池界做了大量研宄。1997年，Padhi等報道了橄欖石型的LiFeP04具有優(yōu)良 的電化學性能，其中LiFeP04原料來源廣泛，價格低廉，無環(huán)境污染，材料的熱穩(wěn)定性好，所 制備電池的安全性能突出，使其成為最具開發(fā)和應用潛力的新一代鋰離子電池正極材料。 但純相LiFeP04材料由于鋰離子擴散速度慢和電子導電性差，沒用實用價值。通過包覆，離 子摻雜和添加金屬導電粉末可以提高材料的導電性；通過納米化或制備多孔材料可以縮短 鋰離子的擴散路徑，以此來提高鋰離子的利用率。常見的碳包覆方式導致碳層只能對粒子 進行部分的包覆，很難完全對粒子進行包覆，這就照成了一定的極化現(xiàn)象，很難滿足快速充 放電性能的要求。
[0003] 石墨烯是近幾年興起的一種新材料，它的結(jié)構(gòu)可以理解為單層的石墨，因為其具 有極佳的導電性能，同時對鋰離子也存在著良好的導電性能，使其在作為添加劑改性材料 方面具有更突出的優(yōu)勢。由于石墨烯特殊的二維平面結(jié)構(gòu)，可以使材料在其表面生長或者 石墨稀對材料進行包覆，形成復合材料。
[0004] 通過專利檢索，專利200910052413. 3, 一種石墨烯復合的鋰離子電池正極材料磷 酸鐵鋰及其制備方法，使用高電導率的石墨烯作為導電材料，但由于存在石墨烯復合程度 不高的問題，因而在充放電過程中會出現(xiàn)一定程度的極化現(xiàn)象。專利201010207516. 5,磷 酸鐵鋰材料的制備方法及鋰離子電池及其正極片，通過化學鍍的方法制備磷酸鐵鋰復合材 料，由于采用化學鍍方法進行表面包覆，來提高材料的導電性，但存在長程導電性不足的問 題。通過專利檢索，還未發(fā)現(xiàn)以下的相關(guān)報道：將磷酸鐵鋰表面進行化學鍍金屬和摻雜石墨 烯結(jié)合起來來改善磷酸鐵鋰材料的電導率。本復合材料有如下優(yōu)點：1.采用化學鍍法實現(xiàn) 分子級別的表面包覆；2.摻雜石墨稀可大大改善磷酸鐵鋰材料的導電性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供了一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片的制備方法，包 括如下步驟：步驟一，磷酸鐵鋰正極材料的制備或者直接使用市面上現(xiàn)成的磷酸鐵鋰正極 材料；步驟二，磷酸鐵鋰表面化學鍍金屬鋁單質(zhì)；步驟三，磷酸鐵鋰-石墨烯復合材料的制 備；步驟四，以上述正極材料制成的正極片。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片的制備方法中，所述步驟 一中，磷酸鐵鋰正極材料可以使用現(xiàn)在常見的方法進行合成或者直接購買市面上現(xiàn)成的磷 酸鐵鋰正極材料。若自己合成磷酸鐵鋰，燒結(jié)溫度為600-850度，保溫時間l-10h，并有氬 氣或者氮氣保護氣體。
[0007] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片的制備方法中，所述步驟 二中，磷酸鐵鋰表面化學鍍金屬（以金屬鋁為例)，包括如下幾個子步驟： 1. 制備金屬熔鹽電鍍液：所述金屬熔鹽電鍍液包括鋁金屬室溫熔鹽； 2. 活化液的配置：將含有活性金屬Pd，Ru或Rh離子的氯化鹽溶液加入到乙醇，丙醇或 者乙二醇中，配置成醇水混合物的活化液； 3. 磷酸鐵鋰正極材料的活化：在氮氣或氬氣惰性氣氛下，將磷酸鐵鋰材料浸泡在上述 活化液中，在惰性氣體保護下進行回流，使活性金屬沉積在活化基體磷酸鐵鋰材料表面，將 活化后的磷酸鐵鋰正極材料洗滌過濾并真空干燥； 4. 在惰性氣體保護下，將活化后的磷酸鐵鋰正極材料至于電鍍液中，控制還原條件，磷 酸鐵鋰表面層積金屬單質(zhì)，所述氧化還原反應溫度為25-50度； 5. 用無水乙醇對表面鍍金屬的磷酸鐵鋰正極材料進行洗，將清洗后的磷酸鐵鋰復合材 料真空烘干。
[0008] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片的制備方法中，所述步驟 三中，磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料的制備。將磷酸鐵鋰復合材料和按照一定重量的石墨烯 或氧化石墨充分混合均勻后，在惰性氣體保護中500-800度煅燒一段時間后冷卻即可得到 所要制備的高倍率磷酸鐵鋰材料。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片的制備方法中，所述步驟 四中，將上述磷酸鐵鋰復合材料、導電劑及粘結(jié)劑按照一定的配比混均勻后，涂覆于箔材表 面，烘干并進行壓實后即所得電池極片。
[0010] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，所述無機金 屬鋁鹽包括鹵化鋁，所述鹵化鋁的含量占熔熔融鹽總量的20-50% ;所述有機鹵化鑰鹽包括 鹵化季胺鹽，鹵化咪唑鹽，吡啶鹽，所述有機鹵化鑰鹽含量站熔融鹽總量的30-80% ;所述有 機還原劑在電鍍液中的濃度范圍為0. 005-0. 5mol/L，所述有機還原劑與所述鋁金屬熔鹽 中鋁鹽的摩爾比為0. 5-5. 0。
[0011] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，所述活化液 還包括濃度不大于0.Olmol/L的聚合物穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑包括，聚乙烯醇或者聚乙二醇。
[0012] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，覆鋁量占復 合材料總量的〇. 1-5. 0%。
[0013] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，磷酸鐵鋰/石 墨烯復合材料的制備方法，所述石墨烯材料為由單層或者層數(shù)介于1-20層之間的碳材料 組成。
[0014] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，磷酸鐵鋰/ 石墨烯復合材料的制備方法，原料均勻混合方法是固相或者固液機械充分混合，液相物質(zhì) 可以采用乙醇或者丙酮，混合時間為2-50h，其中石墨烯含量為磷酸鐵鋰正極材料重量的 0. 1-5% 之間。
[0015] 依據(jù)本發(fā)明的一種高倍率LiFeP04復合材料及電池極片中，優(yōu)選的，磷酸鐵鋰/石 墨烯復合材料的制備方法，在有氮氣進行保護的情況下550°C煅燒0. 5-5h，自然冷卻即得 到本發(fā)明的磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料。
[0016] 本發(fā)明的高倍率LiFeP04復合材料的特征在于，磷酸鐵鋰表面均勻包覆一層鋁金 屬，然后再和石墨烯組成復合材料，石墨烯分布在磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)