专利名称：一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，特别是涉及 一种采用纳米碳材料和纳米金属或金属化合物分别两次包覆磷酸铁锂的锂电池正极材料。
背景技术：
锂电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。磷酸铁锂作为锂电池用正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳， 充放电过程中结构稳定。同时，该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原 材料来源广泛等优点。导电性较差是磷酸铁锂的一大缺点，目前解决的方法多采用添加碳或其它导电 剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电性能优异的锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法。为实现上述目的，本发明给出了一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正 极材料，该磷酸铁锂正极材料以磷酸铁锂正极微米粒子为内核，用纳米碳材料包覆磷酸铁 锂纳米粒子形成含核导电体，该含核导电体壳层及内核形成第一导电层，再用纳米金属或 金属氧化物对该含核导电体再次包覆，再次包覆的壳体形成第二导电层，两次包覆构成磷 酸铁锂正极微米粒子，该磷酸铁锂正极微米粒子的第二导电层与第一导电层共同形成三维 导电网络。在上述内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料的技术方案中，所述的 纳米碳材料为天然石墨、人造石墨、纳米碳管、纳米碳微球中的一种或几种。在上述内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料的技术方案中，所述的 纳米金属或金属化合物为纳米金属银、铜、铝、氧化镁、氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铝中的一 种或几种。在上述内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料的技术方案中，所述的 经两次包覆后的磷酸铁锂正极微米粒子粒度为2-100um。在上述内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料的技术方案中，所述的 磷酸铁锂纳米粒子粒度为2-lOOnm。为实现上述目的，本发明还提供了一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂 正极材料制备方法，其步骤条件为(1)首次包覆将重量百分比20% 60%的磷酸铁锂颗粒与重量百分比40 80%的纳米碳材料同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为每1小 时升温150°C，温度升至300-1000°C，保温时间为2 10小时，搅拌速度为60 300转/分钟；反应釜温度降到200°C _300°C，压力为10_5-10_3Pa，反应1 10小时，使纳米碳材料
包覆磷酸铁锂颗粒；(2)再次包覆将步骤(1)中的包覆物与纳米金属或金属化合物按照重量百分比 10% 50% 50 90%，同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为 每1小时升温200°C，温度升至400-1000°C，保温时间为5 20小时，搅拌速度为60 300 转/分钟；反应釜温度降到400°C -800°C，压力为1 (T5-KT3Pa,反应2 20小时，对包覆物
进行二次包覆。本发明的有益效果是，采用经两次包覆形成三维网状导电结构的磷酸铁锂微粒正 极材料，增加了导电性、降低了电阻率、提升了循环次数及锂电池寿命。
图1是本发明内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料结构示意图。附图中，1为内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极微米粒子，2为包覆在 含核导电体表面的第二导电层，3为包覆在磷酸铁锂纳米粒子表面的第一导电层，4为磷酸 铁锂纳米粒子，5为锂电池磷酸铁锂正极微米粒子内部三维导电网络。
具体实施例方式实施例一将20公斤磷酸铁锂颗粒与80公斤纳米碳材料同时放入有惰性气体保护的高温反 应釜，高温反应釜升温速率为每1小时升温150°c，温度升至1000°C，保温时间为2小时，搅 拌速度为100转/分钟；反应釜温度降到200°C，压力为10_5Pa，反应10小时，使纳米碳材料 包覆磷酸铁锂颗粒；(2)再次包覆将步骤(1)中的包覆物与纳米金属或金属化合物按照重量百分比 10% 90%，同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为每1小时升 温200°C，温度升至1000°C，保温时间为20小时，搅拌速度为300转/分钟；反应釜温度降 到400°C，压力为10_5Pa，反应20小时，对包覆物进行二次包覆。采用本实施例工艺两次包覆形成三维网状导电结构的磷酸铁锂微粒正极材料，电 容量为155mAh/g，循环200次后，容量衰减为3%。实施例二(1)首次包覆将60公斤磷酸铁锂颗粒与40公斤纳米碳材料同时放入有惰性气 体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为每1小时升温150°C，温度升至900°C，保温时 间为10小时，搅拌速度为300转/分钟；反应釜温度降到300°C，压力为10_5Pa，反应10小 时，使纳米碳材料包覆磷酸铁锂颗粒；(2)再次包覆将步骤(1)中的包覆物与纳米金属或金属化合物按照重量百分比 20% 80%，同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为每1小时升 温200°C，温度升至800°C，保温时间为10小时，搅拌速度为300转/分钟；反应釜温度降到 800°C，压力为10_5Pa，反应20小时，对包覆物进行二次包覆。采用本实施例工艺两次包覆形成三维网状导电结构的磷酸铁锂微粒正极材料，电 容量为158mAh/g，循环200次后，容量衰减为4%。
权利要求
一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，其特征在于所述磷酸铁锂正极材料以磷酸铁锂正极微米粒子为内核，用纳米碳材料包覆磷酸铁锂纳米粒子形成含核导电体，该含核导电体壳层及内核形成第一导电层，用纳米金属或金属氧化物对含核导电体再次包覆，再次包覆的壳体形成第二导电层，经两次包覆即构成磷酸铁锂正极微米粒子，该磷酸铁锂正极微米粒子的第二导电层与第一导电层共同形成三维导电网络。
2.如权利要求1所述的一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，其特 征在于所述的纳米碳材料为天然石墨、人造石墨、纳米碳管、纳米碳微球中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，其特 征在于所述的纳米金属或金属化合物为纳米金属银、铜、铝、氧化镁、氧化铝、氢氧化镁、氢 氧化铝中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，其特 征在于所述的磷酸铁锂正极微米粒子粒度为2-lOOum。
5.如权利要求1所述的一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料，其特 征在于所述的磷酸铁锂纳米粒子粒度为2-lOOnm。
6.一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料制备方法，其步骤条件为(1)首次包覆将重量百分比20% 60%的磷酸铁锂颗粒与重量百分比40 80%的 纳米碳材料同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为每1小时升温 150°C，温度升至300-1000°C，保温时间为2 10小时，搅拌速度为60 300转/分钟；反 应釜温度降到200°C -300°C，压力为KT5-IO-3Pa,反应1 10小时，使纳米碳材料包覆磷酸 铁锂颗粒；(2)再次包覆将步骤(1)中的包覆物与纳米金属或金属化合物按照重量百分比 10% 50% 50 90%，同时放入有惰性气体保护的高温反应釜，高温反应釜升温速率为 每1小时升温200°C，温度升至400-1000°C，保温时间为5 20小时，搅拌速度为60 300 转/分钟；反应釜温度降到400°C _800°C，压力为KT5-IO-3Pa,反应2 20小时，对包覆物进行二次包覆。
全文摘要
本发明涉及一种内部含有三维导电结构的锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法，本发明给出的锂电池磷酸铁锂正极材料以磷酸铁锂正极微米粒子为内核，用纳米碳材料包覆磷酸铁锂纳米粒子形成含核导电体，该含核导电体壳层及内核形成第一导电层，用纳米金属或金属氧化物对含核导电体再次包覆，再次包覆的壳体形成第二导电层，经两次包覆即构成磷酸铁锂正极微米粒子，该磷酸铁锂正极微米粒子的第二导电层与第一导电层共同形成三维导电网络。本发明采用两次包覆工艺形成内部含有三维网状导电结构的磷酸铁锂微粒正极材料，电容量大于150mAh/g，循环200次后，容量衰减小于5％。
文档编号H01M4/136GK101901898SQ20091024993
公开日2010年12月1日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者耿世达 申请人:耿世达