一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料及其製備方法
2023-12-06 07:12:06 3
專利名稱：一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，特別是涉及 一種採用納米碳材料和納米金屬或金屬化合物分別兩次包覆磷酸鐵鋰的鋰電池正極材料。
背景技術：
鋰電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。磷酸鐵鋰作為鋰電池用正極材料具有良好的電化學性能，充放電平臺十分平穩， 充放電過程中結構穩定。同時，該材料無毒、無汙染、安全性能好、可在高溫環境下使用、原 材料來源廣泛等優點。導電性較差是磷酸鐵鋰的一大缺點，目前解決的方法多採用添加碳或其它導電 劑。
發明內容
本發明的目的是提供一種導電性能優異的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料及其製備方法。為實現上述目的，本發明給出了一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正 極材料，該磷酸鐵鋰正極材料以磷酸鐵鋰正極微米粒子為內核，用納米碳材料包覆磷酸鐵 鋰納米粒子形成含核導電體，該含核導電體殼層及內核形成第一導電層，再用納米金屬或 金屬氧化物對該含核導電體再次包覆，再次包覆的殼體形成第二導電層，兩次包覆構成磷 酸鐵鋰正極微米粒子，該磷酸鐵鋰正極微米粒子的第二導電層與第一導電層共同形成三維 導電網絡。在上述內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的技術方案中，所述的 納米碳材料為天然石墨、人造石墨、納米碳管、納米碳微球中的一種或幾種。在上述內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的技術方案中，所述的 納米金屬或金屬化合物為納米金屬銀、銅、鋁、氧化鎂、氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鋁中的一 種或幾種。在上述內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的技術方案中，所述的 經兩次包覆後的磷酸鐵鋰正極微米粒子粒度為2-100um。在上述內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的技術方案中，所述的 磷酸鐵鋰納米粒子粒度為2-lOOnm。為實現上述目的，本發明還提供了一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰 正極材料製備方法，其步驟條件為(1)首次包覆將重量百分比20% 60%的磷酸鐵鋰顆粒與重量百分比40 80%的納米碳材料同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小 時升溫150°C，溫度升至300-1000°C，保溫時間為2 10小時，攪拌速度為60 300轉/分鐘；反應釜溫度降到200°C _300°C，壓力為10_5-10_3Pa，反應1 10小時，使納米碳材料
包覆磷酸鐵鋰顆粒；(2)再次包覆將步驟(1)中的包覆物與納米金屬或金屬化合物按照重量百分比 10% 50% 50 90%，同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為 每1小時升溫200°C，溫度升至400-1000°C，保溫時間為5 20小時，攪拌速度為60 300 轉/分鐘；反應釜溫度降到400°C -800°C，壓力為1 (T5-KT3Pa,反應2 20小時，對包覆物
進行二次包覆。本發明的有益效果是，採用經兩次包覆形成三維網狀導電結構的磷酸鐵鋰微粒正 極材料，增加了導電性、降低了電阻率、提升了循環次數及鋰電池壽命。
圖1是本發明內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料結構示意圖。附圖中，1為內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極微米粒子，2為包覆在 含核導電體表面的第二導電層，3為包覆在磷酸鐵鋰納米粒子表面的第一導電層，4為磷酸 鐵鋰納米粒子，5為鋰電池磷酸鐵鋰正極微米粒子內部三維導電網絡。
具體實施例方式實施例一將20公斤磷酸鐵鋰顆粒與80公斤納米碳材料同時放入有惰性氣體保護的高溫反 應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小時升溫150°c，溫度升至1000°C，保溫時間為2小時，攪 拌速度為100轉/分鐘；反應釜溫度降到200°C，壓力為10_5Pa，反應10小時，使納米碳材料 包覆磷酸鐵鋰顆粒；(2)再次包覆將步驟(1)中的包覆物與納米金屬或金屬化合物按照重量百分比 10% 90%，同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小時升 溫200°C，溫度升至1000°C，保溫時間為20小時，攪拌速度為300轉/分鐘；反應釜溫度降 到400°C，壓力為10_5Pa，反應20小時，對包覆物進行二次包覆。採用本實施例工藝兩次包覆形成三維網狀導電結構的磷酸鐵鋰微粒正極材料，電 容量為155mAh/g，循環200次後，容量衰減為3%。實施例二(1)首次包覆將60公斤磷酸鐵鋰顆粒與40公斤納米碳材料同時放入有惰性氣 體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小時升溫150°C，溫度升至900°C，保溫時 間為10小時，攪拌速度為300轉/分鐘；反應釜溫度降到300°C，壓力為10_5Pa，反應10小 時，使納米碳材料包覆磷酸鐵鋰顆粒；(2)再次包覆將步驟(1)中的包覆物與納米金屬或金屬化合物按照重量百分比 20% 80%，同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小時升 溫200°C，溫度升至800°C，保溫時間為10小時，攪拌速度為300轉/分鐘；反應釜溫度降到 800°C，壓力為10_5Pa，反應20小時，對包覆物進行二次包覆。採用本實施例工藝兩次包覆形成三維網狀導電結構的磷酸鐵鋰微粒正極材料，電 容量為158mAh/g，循環200次後，容量衰減為4%。
權利要求
一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，其特徵在於所述磷酸鐵鋰正極材料以磷酸鐵鋰正極微米粒子為內核，用納米碳材料包覆磷酸鐵鋰納米粒子形成含核導電體，該含核導電體殼層及內核形成第一導電層，用納米金屬或金屬氧化物對含核導電體再次包覆，再次包覆的殼體形成第二導電層，經兩次包覆即構成磷酸鐵鋰正極微米粒子，該磷酸鐵鋰正極微米粒子的第二導電層與第一導電層共同形成三維導電網絡。
2.如權利要求1所述的一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，其特 徵在於所述的納米碳材料為天然石墨、人造石墨、納米碳管、納米碳微球中的一種或幾種。
3.如權利要求1所述的一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，其特 徵在於所述的納米金屬或金屬化合物為納米金屬銀、銅、鋁、氧化鎂、氧化鋁、氫氧化鎂、氫 氧化鋁中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，其特 徵在於所述的磷酸鐵鋰正極微米粒子粒度為2-lOOum。
5.如權利要求1所述的一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料，其特 徵在於所述的磷酸鐵鋰納米粒子粒度為2-lOOnm。
6.一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料製備方法，其步驟條件為(1)首次包覆將重量百分比20% 60%的磷酸鐵鋰顆粒與重量百分比40 80%的 納米碳材料同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為每1小時升溫 150°C，溫度升至300-1000°C，保溫時間為2 10小時，攪拌速度為60 300轉/分鐘；反 應釜溫度降到200°C -300°C，壓力為KT5-IO-3Pa,反應1 10小時，使納米碳材料包覆磷酸 鐵鋰顆粒；(2)再次包覆將步驟(1)中的包覆物與納米金屬或金屬化合物按照重量百分比 10% 50% 50 90%，同時放入有惰性氣體保護的高溫反應釜，高溫反應釜升溫速率為 每1小時升溫200°C，溫度升至400-1000°C，保溫時間為5 20小時，攪拌速度為60 300 轉/分鐘；反應釜溫度降到400°C _800°C，壓力為KT5-IO-3Pa,反應2 20小時，對包覆物進行二次包覆。
全文摘要
本發明涉及一種內部含有三維導電結構的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料及其製備方法，本發明給出的鋰電池磷酸鐵鋰正極材料以磷酸鐵鋰正極微米粒子為內核，用納米碳材料包覆磷酸鐵鋰納米粒子形成含核導電體，該含核導電體殼層及內核形成第一導電層，用納米金屬或金屬氧化物對含核導電體再次包覆，再次包覆的殼體形成第二導電層，經兩次包覆即構成磷酸鐵鋰正極微米粒子，該磷酸鐵鋰正極微米粒子的第二導電層與第一導電層共同形成三維導電網絡。本發明採用兩次包覆工藝形成內部含有三維網狀導電結構的磷酸鐵鋰微粒正極材料，電容量大於150mAh/g，循環200次後，容量衰減小於5％。
文檔編號H01M4/136GK101901898SQ20091024993
公開日2010年12月1日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者耿世達 申請人:耿世達