一種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法
2023-05-19 12:44:31 1
專利名稱：一種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法
技術領域：
本發明屬於稀土材料應用和新能源材料製備技術領域，具體是一種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法。
背景技術：
20世紀90年代以來，鋰離子電池作為一種綠色高能可充電電池，被廣泛應用於現代化數字產品，且在電動汽車中也有較好的應用前景，鋰離子電池已成為各國競相研發的重點，對於鋰離子電池來說，正極材料是決定鋰離子電池電化學性能、安全及價格成本的關鍵因素。自1997年由Goodenough等提出將LiFePO4用於二次鋰離子電池正極材料後，各國研發人員對LiFePO4進行廣泛研究，其與其他二次電池正極材料相比，具有安全性能好、 循環壽命長等其他材料無法相比的優勢，且其原材料來源更廣泛、價格更低廉、無毒、環境友好等特性，各國競相產業化。但是Lii^ePO4的電子導電性能較差和鋰離子擴散係數較小，使之大電流放電容量衰減較快，高倍率性能較差。且振實密度低，導致體積容量比低。對於LiFePO4的應用，這是一個急需解決的問題。
發明內容
本發明目的在於提供一種簡單的改性製備重稀土 IO3摻雜Lii^ePO4正極材料的方法。—種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法，其特徵在於包括如下步驟
(1)按一定比例稱取鋰鹽、鐵源、磷源和氧化釔(Y2O3),其中鋰元素、鐵元素、磷元素和釔元素的摩爾比 Li :Fe :P :Υ= (0· 97-0. 99) :(0. 97-0. 99) :1 :(0. 01-0. 06)；(2)將一定量的去離子水置於耐酸攪拌反應釜中，在攪拌的情況下，將鋰源慢慢加入反應釜中，加完後繼續攪拌20-50min ；
(3)在攪拌的情況下，慢慢加入全部磷源、鐵源及氧化釔，待分散完全後將其全部轉移至攪拌球磨機中；
(4)稱取碳源，加入攪拌球磨機中研磨，得到前軀體漿料；
(5)對前軀體漿料進行超細磨，控制粒度在3.5微米以下；
(6)將前軀體漿料通過計量泵輸送到噴霧乾燥機進行噴霧乾燥造粒，得到球形前軀體粉末顆粒；
(7)將前軀體粉末置於具有惰性氣體保護的窯爐中進行燒結，冷卻至室溫得到產品。所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述鋰鹽是氫氧化鋰(LiOH ·&)、碳酸鋰 (Li2CO3)中的一種或兩種。所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述鐵源是磷酸鐵(FePO4)、氧化鐵(Fe203)、
3草酸亞鐵(FeC2H4)中的一種或幾種。所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述磷源是磷酸鐵(FePO4)、磷酸(H3PO4)、磷酸二氫銨(NH4H2PO4X磷酸二氫鋰(LiH2P04)中的一種或幾種。所述的方法，其特徵在於步驟(4)中所述碳源是葡萄糖、蔗糖中的一種或兩種。所述的方法，其特徵在於步驟(4)中研磨條件為轉數40(Γ1200轉/分，研磨時間為2 4h。所述的方法，其特徵在於步驟(5)中超細磨條件為轉數40(Γ1200轉/分，研磨時間為3 5h。所述的方法，其特徵在於步驟(6)中噴霧進口溫度為22(T340°C，出口溫度為 90 150°C，進料速度為0. 3 0. 8L/min。所述的方法，其特徵在於步驟(7)中所採用惰性氣體為高純氮氣，通氣流量為廣4L/min，升溫速率為100°C /h，燒結溫度為68(T720°C，恆溫燒結時間為6 10h。本發明的一種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法，使稀土氧化物IO3能合理的應用於鋰電池正極材料，且優化其加工性能，並對LWePO4金屬鋰位摻雜，使之提高其電子電導率，鐵位摻雜提高其離子電導率，對該材料金屬位同時摻雜，能有效提高其電化學性能，且合成工藝簡單，適合產業化生產。
具體實施例方式實施例1
稱取6000g去離子水置於耐酸反應釜中，在攪拌的情況下，慢慢倒入849g Li2CO3攪拌 30min，再依次加入3500g FeP04、78g5N氧化釔。分散均勻後，將溶液全部轉移至攪拌球磨機中，稱取450g葡萄糖，加入球磨機中，攪拌球磨機以800轉/分研磨2-4h，球磨結束後加濃氨水開循環泵以1000轉/分進行超細磨3- ，得到土黃色懸濁液，即前軀體漿料。將前軀體漿料在不斷攪拌的情況下輸送到噴霧乾燥機的霧化盤，恆流泵頻率為0-150HZ，霧化器進氣壓力0. 6Mpa，進口溫度設定為220°C，出口溫度設定為90_95°C，從粉料收集器可得到土黃色前軀體粉末。將前軀體粉末裝入匣缽，置於具有高純氮氣保護的推板窯中，升溫至 720°C，恆溫燒結他，冷卻至室溫，即得到黑色磷酸鐵釔鋰粉體材料。稱取適量實施例1所得的磷酸鐵釔鋰粉體，加入乙炔黑導電劑和溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏二氟乙烯(PVDF)粘結劑，混合成漿料均勻塗敷在鋁片上製成正極片，以金屬鋰片作為負極，聚丙烯薄膜為隔膜，lmol/L的LiPF6的EC+DEC (1 1)溶液為電解液，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電池。測得第二循環該正極材料0. 1C、0. 5C和IC的放電比容量分別為163 mAh/g、151mAh/g、143mAh/g，恆流比分別為99. 38、99. 25、99. 13，其振實密度為1. 0132g/ml,比表面積為15. 772。實施例2
稱取6000g去離子水置於耐酸反應釜中，在攪拌的情況下，慢慢倒入963. 7g LiOH攪拌 30min，再依次加入3500g FeP04、78g5N氧化釔。分散均勻後，將溶液全部轉移至攪拌球磨機中，稱取450g葡萄糖，加入球磨機中，攪拌球磨機以800轉/分研磨2-4h，球磨結束後加濃氨水開循環泵以1000轉/分進行超細磨3- ，得到土黃色懸濁液，即前軀體漿料。將前軀體漿料在不斷攪拌的情況下輸送到噴霧乾燥機的霧化盤，恆流泵頻率為0-150HZ。霧化器進氣壓力0. 6Mpa，進口溫度設定為220°C，出口溫度設定為90-95°C，從粉料收集器可得到土黃色前軀體粉末。將前軀體粉末裝入匣缽，置於具有高純氮氣保護的推板窯中，升溫至 720°C，恆溫燒結他，冷卻至室溫，即得到黑色磷酸鐵釔鋰粉體材料。按實施例1中所述製得扣電，其第二循環0. 1C、0.5C和IC放電容量分別為161 mAh/g、150 mAh/g、142 mAh/g，恆流比分別為 99. 03、99. 18,99. 15。.
實施例3
稱取5500g去離子水置於耐酸反應釜中，在攪拌的情況下，慢慢倒入403g LiOH, 370gLi2C03攪拌30min，依次加入3200g FeP04、113g5N氧化釔。待分散均勻後，將溶液全部轉移至攪拌球磨機中，稱取41 Ig葡萄糖加入球磨機中，攪拌球磨機以800轉/分研磨2-4h， 球磨結束後加濃氨水開循環泵以1000轉/分進行超細磨3-5h，得到土黃色懸濁液，即前軀體漿料。將前軀體漿料在不斷攪拌的情況下輸送到噴霧乾燥機的霧化盤，恆流泵頻率為 0-150HZ。霧化器進氣壓力0. 6Mpa，進口溫度設定為220°C，出口溫度設定為90_95°C，從粉料收集器可得到土黃色前軀體粉末。將前軀體粉末裝入匣缽，置於具有高純氮氣保護的推板窯中，升溫至720°C，恆溫燒結8h，冷卻至室溫，即得到黑色磷酸鐵釔鋰粉體材料。按實施例1中所述製得扣電，其第二循環0. 1C、0.5C和IC放電容量分別為165 mAh/g、154 mAh/g、145 mAh/g，恆流比分別為 99. 33,99. 28,99. 24。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種簡單合成磷酸鐵釔鋰正極材料的方法，其特徵在於包括如下步驟(1)按一定比例稱取鋰鹽、鐵源、磷源和氧化釔(Y2O3),其中鋰元素、鐵元素、磷元素和釔元素的摩爾比 Li :Fe :P :Υ= (0· 97-0. 99) :(0. 97-0. 99) :1 :(0. 01-0. 06)；(2)將一定量的去離子水置於耐酸攪拌反應釜中，在攪拌的情況下，將鋰源慢慢加入反應釜中，加完後繼續攪拌20-50min ；(3)在攪拌的情況下，慢慢加入全部磷源、鐵源及氧化釔，待分散完全後將其全部轉移至攪拌球磨機中；(4)稱取碳源，加入攪拌球磨機中研磨，得到前軀體漿料；(5)對前軀體漿料進行超細磨，控制粒度在3.5微米以下；(6)將前軀體漿料通過計量泵輸送到噴霧乾燥機進行噴霧乾燥造粒，得到球形前軀體粉末顆粒；(7)將前軀體粉末置於具有惰性氣體保護的窯爐中進行燒結，冷卻至室溫得到產品。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述鋰鹽是氫氧化鋰(LiOH·Η20)、 碳酸鋰(Li2CO3)中的一種或兩種。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述鐵源是磷酸鐵(FePO4)、氧化鐵(Fii2O3)、草酸亞鐵(!^eC2H4)中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述磷源是磷酸鐵(FePO4)、磷酸 (H3PO4)、磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、磷酸二氫鋰(LiH2P04 )中的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(4)中所述碳源是葡萄糖、蔗糖中的一種或兩種。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(4)中研磨條件為轉數40(Γ1200轉/分， 研磨時間為2 4h。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(5)中超細磨條件為轉數40(Γ1200轉/ 分，研磨時間為3、h。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(6)中噴霧進口溫度為22(T340°C，出口溫度為9(Tl50°C，進料速度為0. 3 0. 8L/min。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(7)中所採用惰性氣體為高純氮氣，通氣流量為廣4L/min，升溫速率為100°C /h，燒結溫度為68(T720°C，恆溫燒結時間為6 10h。
全文摘要
本發明提供一種簡單的改性製備重稀土Y2O3摻雜LiFePO4正極材料的方法，使稀土氧化物Y2O3能合理的應用於鋰電池正極材料，且優化其加工性能，並對LiFePO4金屬鋰位摻雜，使之提高其電子電導率，鐵位摻雜提高其離子電導率，對該材料金屬位同時摻雜，能有效提高其電化學性能，且合成工藝簡單，適合產業化生產。
文檔編號H01M4/58GK102376955SQ20111039376
公開日2012年3月14日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者王鎮, 胡大偉, 鄭金龍 申請人:浙江瑞邦科技有限公司