一種電池正極材料的製備方法
2023-11-03 13:02:47 2
一種電池正極材料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種電池正極材料的製備方法，包括混合前驅體：將鋰鹽、鐵鹽、磷酸鹽按鋰、鐵、磷按比例混合均勻並球磨得到前驅體；將前驅體在空氣氣氛中於200～350℃處理，自然冷卻後研磨，得到粉末材料；向粉末狀材料中加入碳材料，晨高壓惰性氣氛中處理，自然冷卻後得到鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料。
【專利說明】 一種電池正極材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰電池正極材料的製備方法，特別是涉及一種合成磷酸鐵鋰正極材料的方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。磷酸鐵鋰鋰離子電池是以磷酸鐵鋰為正極材料的電池，它具有環保，鐵資源豐富，循環壽命長，電池放電深度利用範圍寬，高穩定性好，安全性最好等優點。因不含有毒有害物質，被稱為綠色電池。在筆記本電腦、行動電話、電動自行車、電動汽車電源中被廣泛應用。但其也有低溫性能差，電池能量密度一般，本徵電導率低等缺點。目前這種電極材料的製備方法最常用的為固相合成法，缺點是所製得正極材料電容量有限，原料混合均勻性差，製備材料的性能穩定性不好，批次與批次之間質量一致性差。由於該合成方法存在合成溫度較高，粒徑分布不均，顆粒粗大等缺點而不能完全解決材料固有的局限性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於針對已有技術的缺點，提供一種適合工業化生產的高壓固相合成磷酸鐵鋰正極材料的方法，所述方法通過在高壓氣氛下固相燒結合成LiFeP04材料，能夠降低反應溫度，抑制產物粒子長大，所得產物粒徑微細、粒度分布均勻、電化學性能高。
[0004]一種電池正極材料的製備方法，包括如下步驟:
[0005](I)混合前驅體:將鋰鹽、鐵鹽、磷酸鹽按鋰、鐵、磷的化學計量比為1:1:1的比例混合均勻，球磨6?24h得到前驅體；
[0006]2)預處理:將步驟(I)得到的前驅體在空氣氣氛中於200?350°C處理2?10h，自然冷卻後研磨，得到粉末材料；
[0007](3)燒結反應:向步驟(2)得到的粉末狀材料中加入碳材料，使碳材料的重量百分含量為I?20%，再次球磨6?24h，然後在I?15兆帕的高壓惰性氣氛中於450?1000°C下處理4?24h，自然冷卻後得到鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料。
[0008]步驟⑴中所述的鋰鹽為碳酸鋰(Li2C03)、氟化鋰(LiF)、醋酸鋰(LiCH3C00)、氫氧化鋰(LiOH)或者硝酸鋰(LiN03);所述鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵或者氧化亞鐵；所述磷酸鹽為 NH4H2P04、(NH4) 2HP04、(NH4) 3P04 或者 P205。
[0009]步驟(3)中所述惰性氣氛為Ar、N2、NH3、C02或者He氣氛；所述碳材料選自碳水化合物、乙炔黑、石墨中的一種；所述碳水化合物為由碳、氫、氧三種元素組成的、可以在高溫且低於反應溫度的無氧狀態下裂解產生碳的有機高分子化合物，如蔗糖、葡萄糖、酚醛樹月旨等。
[0010]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0011](I)利用高壓固相合成法，降低了反應溫度，減少了反應時間，降低了生產成本。
[0012](2)利用高壓固相合成法得到的磷酸鐵鋰正極材料結構單一，不含雜相。[0013](3)利用高壓固相合成法得到的磷酸鐵鋰正極材料結晶好，晶粒尺寸較小，實際容量高，循環性能優異，可逆容量高，原料來源廣泛。本發明合成的磷酸鐵鋰正極材料與金屬鋰片組成試驗電池，以0.1C倍率充放電，充電電壓為2.5-4.2V時，容量達到157.3mAh/g，循環30周後，各量保持率仍然達到92.6%。
【具體實施方式】
[0014]本發明是一種高壓固相合成磷酸鐵鋰正極材包括如下步驟:
[0015](I)混合前驅體:將鋰鹽、鐵鹽、磷酸鹽按鋰、鐵、磷的化學計量比為1:1:1的比例混合均勻，球磨6?24h得到前驅體；
[0016]2)預處理:將步驟(I)得到的前驅體在空氣氣氛中於200?350°C處理2?10h，自然冷卻後研磨，得到粉末材料；
[0017](3)燒結反應:向步驟(2)得到的粉末狀材料中加入碳材料，使碳材料的重量百分含量為I?20%，再次球磨6?24h，然後在I?15兆帕的高壓惰性氣氛中於450?1000°C下處理4?24h，自然冷卻後得到鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料。
[0018]步驟⑴中所述的鋰鹽為碳酸鋰(Li2C03)、氟化鋰(LiF)、醋酸鋰(LiCH3C00)、氫氧化鋰(LiOH)或者硝酸鋰(LiN03);所述鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵或者氧化亞鐵；所述磷酸鹽為 NH4H2P04、(NH4) 2HP04、(NH4) 3P04 或者 P205。
[0019]步驟(3)中所述惰性氣氛為Ar、N2、NH3、C02或者He氣氛；所述碳材料選自碳水化合物、乙炔黑、石墨中的一種；所述碳水化合物為由碳、氫、氧三種元素組成的、可以在高溫且低於反應溫度的無氧狀態下裂解產生碳的有機高分子化合物，如蔗糖、葡萄糖、酚醛樹月旨等。
[0020]下面結合實施例對本發明作進一步描述，本發明並不限於此。
[0021]實施例1
[0022]將Li2C03、FeC204.2H20 和 NH4H2P04 按 L1:Fe:P = I: 1:1 的化學計量比稱取45g，混合均勻，在行星式球磨機上球磨6h;然後在空氣氛圍下，300°C下預處理5h，自然冷卻後，得到粉末狀產物；向上述粉末狀產物中加入低分子量酚醛樹脂5g作為碳源，在行星式球磨機中再次球磨6h，在N2氣氛圍中，10兆帕壓力下，550°C下進行燒結6h，得到碳包覆的磷酸鐵鋰正極材料。
[0023]實施例2
[0024]將LiN03、FeC204.2H20 和(NH4) 2HP04 按 L1:Fe:P = 1:1: I 的化學計量比稱取50g，混合均勻，在行星式球磨機上球磨12h ;然後在空氣氛圍下，200°C下進行預處理8h，自然冷卻後，得到粉末狀產物；然後在上述粉末狀產物中加入乙炔黑Ig作為碳源，在行星式球磨機中再次球磨10h，在Ar氣氛圍中，12兆帕壓力下，560°C下進行燒結6h，得到碳包覆的磷酸鐵鋰正極材料。
[0025]實施例3
[0026]將LiCH3C00、FeC204.2H20 和(NH4) 3P04 按 L1:Fe: P = I:1:1 的化學計量比稱取99g，混合均勻，在行星式球磨機上球磨20h;然後在空氣氣氛下，30(TC下進行預處理12h，自然冷卻後，得到粉末狀產物；然後在上述粉末狀產物中加入石墨Ig作為碳源，在行星式球磨機中再次球磨10h，在C02氣氛圍中，15兆帕壓力下，550°C下進行燒結6h，得到磷酸鐵鋰正極材料。
[0027]實施例4
[0028]將LiF、FeC204.2Η20 和(ΝΗ4) 3Ρ04 按 L1:Fe:Ρ = 1:1:1 的化學計量比稱取 18g,混合均勻，在行星式球磨機上球磨24h ;然後在空氣氣氛下，350°C下進行預處理2h，自然冷卻後，得到粉末狀產物；然後在上述粉末狀產物中加入蔗糖2g作為碳源，在行星式球磨機中再次球磨12h，在Ar氣氛圍中，10兆帕壓力下，530°C下進行燒結4h，得到磷酸鐵鋰正極材料。
【權利要求】
1.一種電池正極材料的製備方法，其特徵在於:包括如下步驟: (1)混合前驅體:將鋰鹽、鐵鹽、磷酸鹽按鋰、鐵、磷的化學計量比為1:1:1的比例混合均勻,球磨6?24h得到前驅體； (2)預處理:將步驟(I)得到的前驅體在空氣氣氛中於200?350°C處理2?10h，自然冷卻後研磨，得到粉末材料； (3)燒結反應:向步驟(2)得到的粉末狀材料中加入碳材料，使碳材料的重量百分含量為I?20%，再次球磨6?24h，然後在I?15兆帕的高壓惰性氣氛中於450?1000°C下處理4?24h，自然冷卻後得到鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料。
2.根據權利要求1所述的電池正極材料的製備方法，其特徵在於:步驟(I)中所述的鋰鹽為碳酸鋰(Li2C03)、氟化鋰(LiF)、醋酸鋰(LiCH3C00)、氫氧化鋰(LiOH)或者硝酸鋰(LiN03);所述鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵或者氧化亞鐵；所述磷酸鹽為NH4H2P04、(NH4) 2HP04、(NH4) 3P04 或者 P205。
3.根據權利要求1所述的電池正極材料的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中所述惰性氣氛為Ar、N2、NH3、C02或者He氣氛；所述碳材料選自碳水化合物、乙炔黑、石墨中的一種；所述碳水化合物為由碳、氫、氧三種元素組成的、可以在高溫且低於反應溫度的無氧狀態下裂解產生碳的有機高分子化合物，如蔗糖、葡萄糖、酚醛樹脂等。
【文檔編號】H01M4/58GK103579621SQ201310539339
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年11月4日
【發明者】顧建 申請人:顧建