纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法

摘要

本发明涉及充电电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂制备方法。一种纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，包括以下步骤，以铝箔为基片，采用磁控溅射将磷酸铁锂沉积到铝箔上，磁控溅射的靶材中磷酸铁锂的质量占靶材总质量的85%以上，靶材余量为掺杂金属和/或导电剂；磁控溅射前先消除铝箔上的静电，磁控溅射时采用直流/射频电源，工艺气体采用氩气，真空室气压5*10-3pa，沉积时使铝箔的温度保持在50℃～80℃。本发明纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法利用磁控溅射的方法在铝箔基片上直接沉积磷酸铁锂做成电池正极，这种直接沉积出的磷酸铁锂为纳米级颗粒，实验表明具有特殊的优异性能，大大提高了电池的容积和寿命，能为电动汽车的普及做出突出的贡献。

权利要求

1.一种纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，其特征是：包括以下步骤，以铝箔为基片，在磁控溅射前先对铝箔进行清洁，清洁操作的同时使用超声波增强清洁效果，提高铝箔的附着性，采用磁控溅射将磷酸铁锂沉积到铝箔上，磁控溅射的靶材中磷酸铁锂的质量占靶材总质量的85%以上，靶材余量为掺杂金属和/或导电剂；磁控溅射前先消除铝箔上的静电，磁控溅射时采用直流/射频电源，溅射电压250～400V，磁场强度500G，工艺气体采用-3氩气，真空室气压5×10 pa，沉积时使铝箔的温度保持在50℃～80℃。

2.如权利要求1所述的纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，其特征是：所述的掺杂金属为铝、锰、钛、锆、铌、锌、铬、镁中的一种，或取上述物质中多种的任意比例混合。

3.如权利要求1所述的纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，其特征是：所述的导电剂为炭黑、石墨、乙炔黑中的一种，或取上述物质中多种的任意比例混合。

说明书

纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及充电电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂制备方法。

背景技术

[0002] 具有橄榄石型结构的磷酸铁锂LiFePO4能满足理想的高安全高容量高功率锂电池的需要。磷酸铁锂的发现，被誉为标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。磷酸铁锂无毒、对环境友好、原料丰富、比容量与库仑效率高、充放电平台平稳、循环性能好、热稳定性高、极安全可靠，非常适合于对安全性、循环寿命、功率特性、使用成本等极为敏感的大型电池应用领域；另外磷酸铁锂电池使用安全，完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，磷酸铁锂电池是目前全球唯一绝对安全的锂离子电池，在高温下的稳定性可达400-500℃, 保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。

[0003] 然而，磷酸铁锂堆积密度低的缺点一直受到人们的忽视和回避，尚未得到解决，阻碍了材料的实际应用。钴酸锂的理论密度为5.1g/cm3，商品钴酸锂的振实密度一般为2.0-2.4g/cm3；而磷酸铁锂的理论密度仅为3.6g/cm3，本身就比钴酸锂要低得多。为提高导电性，现有技术中往磷酸铁锂电极中掺入导电材料，例如导电炭黑等，这一方式又显著降
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低了材料的堆积密度，使得一般掺碳磷酸铁锂的振实密度可能降低到1.2g/cm。如此低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积比容量比钴酸锂低很多，制成的电池体积将十分庞大，不仅毫无优势可言，而且很难应用于实际；即使采用处理后的磷酸铁锂颗粒，使颗粒球形化，因为技术上的缺陷所以球形颗粒一般平均粒径也高达1μm～5μm，振实密度最多达到2.2
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g/cm，另外磷酸铁锂本身充点速度较慢，也会影响到实际应用需要掺杂金属，最得到的电池充放电次数通常为2000次左右，克容量140mAh/g，性能较为一般，并不能完全满足大型机械，例如电动汽车的要求。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，该方法利用磁控溅射的方法在铝箔基片上直接沉积磷酸铁锂做成电池正极，这种直接沉积出的磷酸铁锂为纳米级颗粒，大大提高了电池的容积和寿命。

[0005] 本发明是这样实现的：一种纳米级磷酸铁锂电极材料制备方法，包括以下步骤，以铝箔为基片，采用磁控溅射将磷酸铁锂沉积到铝箔上，磁控溅射的靶材中磷酸铁锂的质量占靶材总质量的85%以上，靶材余量为掺杂金属和/或导电剂；磁控溅射前先消除铝箔上的静电，磁控溅射时采用直流/射频电源，溅射电压250～400V，磁场强度500G，工艺气体采-3用氩气，真空室气压5*10 pa，沉积时使铝箔的温度保持在50℃～80℃。

[0006] 该制备方法还包括在磁控溅射前先对铝箔进行清洁，清洁操作的同时使用超声波增强清洁效果，提高铝箔的附着性。

[0007] 所述的掺杂金属为铝、锰、钛、锆、铌、锌、铬、镁中的一种或多种之间的任意比例混合。