CN102623697A

CN102623697A - 锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102623697A
Application number: CN2012100943251A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 程晓焜; 徐宁; 吴孟涛
Original assignee: Tianjin B&M Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin B&M Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将碳酸锂、磷酸铁、钛源、碳化硼和碳粉按摩尔比0.51～0.60∶1.0∶0.005～0.05∶0.025～0.25∶0.075～0.10充分混合均匀；2)将上述混合物在氮气保护下，在650～900℃下焙烧10～16小时；3)使焙烧后的产物冷却，然后以球磨破碎到指定的粒度。该方法制备的复合正极材料振实密度高、加工性能好、循环性能优良。

Description

锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料，特别是涉及一种磷酸铁锂系复合正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已被广泛用作移动通信设备、计算机、摄像机等的电源；大容量高功率的动力型锂离子电池已成为环保型电动汽车的理想电源。作为一种新型的锂离子电池正极材料，磷酸铁锂具有较高的理论比容量和电压平台，而且循环性能好、价格便宜、安全性好，被认为是极有应用潜力的锂离子动力电池的正极材料。但是磷酸铁锂电导率低，理论容量发挥不出来。所以通常采用石墨/碳作为导电物质与其组成复合材料。石墨/碳复合材料振实密度低，更加剧了磷酸铁锂材料密度低的缺陷，使材料的体积能量密度降低，且加工性能差。

发明内容

本发明目的在于提供一种体积能量密度高、加工性能好的磷酸铁锂/二硼化钛复合材料及其制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料，该复合正极材料中含有1～6％(wt％)的二硼化钛。

上述锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料由碳酸锂、磷酸铁、钛源、碳化硼和碳粉按摩尔比0.51～0.60∶1.0∶0.005～0.05∶0.025～0.25∶0.075～0.10制备而成。

一种上述锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将所述碳酸锂、磷酸铁、钛源、碳化硼和碳粉按比例混合均匀；

2)将所得混合物在氮气保护下，在650～900℃下焙烧10～16小时；

3)使焙烧后的产物冷却，然后球磨破碎到指定的粒度，得到所述复合正极材料。

优选的是，在步骤3)中将焙烧、冷却后产物破碎至D₅₀为1um～2um。

二硼化钛(TiB₂)材料具有六方的晶体结构，在空气中的抗氧化温度可达1000℃，结构稳定，晶体密度4.52g/cm³，高于石墨/碳和磷酸铁锂材料，电阻率0.144uΩ·m，高于石墨材料一个数量级。因此，采用二硼化钛作为磷酸铁锂复合材料的导电成分，既有助于提高复合材料材料的导电率和大倍率充放电性能，同时也有助于提高材料的振实密度和加工性能。

本发明的方法制备的复合材料具有以下优点：

1、振实密度高，达到1.5～1.8g/cm³；

2、该复合材料在0.1C下的放电比容量达到160.2mAh/g，具有良好的大倍率性能；

3、该复合材料在1C下循环400周后，容量保持率在85％以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的方法进行详细说明。

实施例1

称取37.7克碳酸锂、150.8克磷酸铁、2克二氧化钛、1.4克碳化硼和3.9克碳粉，在球磨机上充分混合3小时；将上述混合物置于管式炉内，在氮气保护下，升温到800℃，保温10小时，冷却后取出；将上述物质在氮气保护下球磨，破碎至D₅₀为1.326um。此材料二硼化钛含量为0.7％，振实密度为1.62g/cm³，做扣式电池测试，1C比容量为155.2mAh/g，10C比容量为121.0mAh/g。

实施例2

称取780.2g碳酸锂，3000g磷酸铁，二氧化钛113.6克，39.8克碳化硼、68.9克碳粉，在球磨机上充分混合3小时；将上述混合物置于管式炉内，抽取真空至100Pa压强，充入氮气，在50m³/h的氮气流量下，升温到650℃保温10小时，冷却后取出；将上述物质在氮气保护下进行球磨，破碎至D₅₀为1.326um。此材料二硼化钛含量为3.5％，振实密度为1.72g/cm³，做扣式电池测试，0.1C比容量为160.2mAh/g，1C为150.1mAh/g，实效电池测试，400周循环容量保持率为86.87％

实施例3

称取275.1g碳酸锂，1000g磷酸铁，二氧化钛64.9克，22.8克碳化硼、41.5克碳粉，在球磨机上充分混合1小时；将上述混合物置于管式炉内，抽取真空至100Pa压强，充入氮气，在20m³/h的氮气流量下，升温到850℃保温15小时，冷却后取出；将上述物质进行球磨，破碎至D₅₀为1.673um。此材料二硼化钛含量为6.1％，振实密度为1.78g/cm³，做扣式电池测试，0.1C比容量为157.5mAh/g，1C为150.6mAh/g，实效电池测试，400周循环容量保持率为86.46％

由测试结果可知，本发明的方法制备的磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料在保持较好的电化学性能的同时，具备明显较传统材料为高的振实密度，大幅度提高了材料的体积能量密度，同时，这种性质使材料在加工成电极浆料的过程中能更好的适应现有的匀浆工艺，缩短了磷酸铁锂系材料的匀浆时间和控制难度，有利于材料的实际应用。

Claims

1.一种锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料，其特征在于：该复合正极材料中含有1～6％(wt％)的二硼化钛。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料，其特征在于由碳酸锂、磷酸铁、钛源、碳化硼和碳粉按摩尔比0.51～0.60∶1.0∶0.005～0.05∶0.025～0.25∶0.075～0.10制备而成。

3.一种权利要求2所述锂离子电池用磷酸铁锂/二硼化钛复合正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤3)中将焙烧、冷却后产物破碎至D₅₀为1um～2um。