一種鋰離子電池正極材料及其製備方法與流程

2023-10-26 18:17:17

本發明涉及電池材料，特別涉及一種鋰離子電池正極材料及其製備方法。

背景技術：

鋰離子是依靠氧化還原反應來實現化學能與電能相互轉變的二次電池，主要工作部件由三部分構成，正極、負極和起分隔作用的電解質溶液。正極負極都是將活性材料固定在集流體上，正極集流體一般為鋁箔，負極集流體為銅箔，電解液為非水溶劑的鋰鹽溶液構成，包括一層隔膜，能透過電解液，一般為聚丙稀薄膜。申請號為201210369003.3的發明專利，本發明涉及一種鋰離子電池正極複合材料，其包括正極活性物質及包覆於該正極活性物質表面的包覆層，該包覆層的材料為具有單斜晶繫結構、空間群為C2/c的鋰-金屬複合氧化物。

申請號為201410241172.8的發明專利，本發明涉及一種鋰離子電池及其正極材料，該正極材料包括呈粉狀顆粒的鈷酸鋰材料，所述鈷酸鋰材料中摻雜元素鈮，所述鈷酸鋰材料的中值粒徑D50為16-20微米，所述鈷酸鋰材料的體積壓實密度為4.0-4.2g/m3，克容量為162mAh/g-175mAh/g。通過採用上述正極材料，採用顆粒合理配比以及摻雜有過渡元素鈮，提高電池容量和充放電電壓，從而得到高容量高電壓鋰離子電池。

充電過程時，鋰離子從正極材料中脫出，通過電解質溶液擴散到負極附近，然後嵌入到負極材料中，這時，電子從正極材料中通過正極集流體沿著導線進入負極集流體，再與負極材料反應。放電反應時則與此相反,裡離子從負極脫出進入電解液，正極材料周圍的鋰離子嵌入到正極材料中，電子從負極沿著導線進入正極參與反應。傳統的鋰離子電池的正極材料鋰離子的擴散能力較弱，耐高溫能力不足，同時電化學性能也較差。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池正極材料及其製備方法，解決了傳統的鋰離子電池的正極材料鋰離子的擴散能力較弱，耐高溫能力不足，同時電化學性能也較差的問題。

本發明提供了一種鋰離子電池正極材料的製備方法，其中，所述製備方法包括：

(1)將磷酸鐵鋰、石墨稀、無水碘化鋰和乙腈混合，並進行超聲攪拌，之後進行旋蒸處理，去除乙腈；

(2)在上述混合物中再次加入相同體積的乙腈，並進行超聲攪拌，之後進行旋蒸處理，去除乙腈，得到混合物A；

(3)將混合物A移入石英試管中，並放入管式爐中煅燒，冷卻至室溫後得到所述正極材料，其中，

相對於100重量份的磷酸鐵鋰，所述石墨烯的用量為35-55重量份，所述無水碘化鋰的用量為10-25g，所述乙腈的用量為35-65重量份。

優選的，相對於100重量份的磷酸鐵鋰，所述石墨烯的用量為40-50重量份，所述無水碘化鋰的用量為15-20g，所述乙腈的用量為45-55重量份。

優選的，所述步驟(1)中超聲攪拌的頻率為20-25KHz，超聲攪拌時間為4-7min。

優選的，所述步驟(2)中超聲攪拌的頻率為10-15KHz，超聲攪拌的時間為10-15min。

優選的，所述煅燒時先將管式爐的溫度升至300-400℃，之後保溫1-1.5h，然後繼續升溫至500-650℃，保溫1-1.2h。

優選的，所述步驟(3)中，在煅燒前，將所述管式爐內通入保護氣體，以排淨管式爐內的空氣。

優選的，所述保護氣體為氬氣、氫氣和氮氣中的一種或多種。

本發明還提供了一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料由權利要求1-7中任意一項所述的製備方法製得。

有益效果：本發明提供了一種鋰離子電池正極材料及其製備方法，正極材料利用磷酸鐵鋰和石墨烯合成製得，形成三圍空間結構，碳包覆均勾分布，無定形存在的碳材料起到連接作用同時形成了空隙通道，給電子傳輸和鋰離子擴散提供了高效的通道。製備得到的正極材料達到了動力電池對高電流充放電的要求，進一步保證對電化學性能起到顯著改善，證明了該方法的工業應用前景。

具體實施方式

下面詳細說明本發明的優選實施方式。

實施例1

將100g磷酸鐵鋰、40g石墨稀、15g無水碘化鋰和45g乙腈混合，並進行超聲攪拌(頻率為20KHz，時間為4min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈；在上述混合物中再次加入45g的乙腈，並進行超聲攪拌(頻率為10KHz，時間為10min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈，得到混合物A；將混合物A移入石英試管中，並放入管式爐中煅燒，煅燒時先將管式爐的溫度升至300℃，之後保溫1h，然後繼續升溫至500℃，保溫1h，冷卻至室溫後得到所述正極材料A1。

實施例2

將100g磷酸鐵鋰、50g石墨稀、20g無水碘化鋰和55g乙腈混合，並進行超聲攪拌(頻率為25KHz，時間為7min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈；在上述混合物中再次加入55g的乙腈，並進行超聲攪拌(頻率為15KHz，時間為15min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈，得到混合物A；將混合物A移入石英試管中，並放入管式爐中煅燒，煅燒時先將管式爐的溫度升至400℃，之後保溫1.5h，然後繼續升溫至650℃，保溫1.2h，冷卻至室溫後得到所述正極材料A2。

實施例3

將100g磷酸鐵鋰、45g石墨稀、18g無水碘化鋰和50g乙腈混合，並進行超聲攪拌(頻率為22KHz，時間為6min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈；在上述混合物中再次加入50g的乙腈，並進行超聲攪拌(頻率為12KHz，時間為13min)，之後進行旋蒸處理，去除乙腈，得到混合物A；將混合物A移入石英試管中，並放入管式爐中煅燒，煅燒時先將管式爐的溫度升至350℃，之後保溫1.2h，然後繼續升溫至550℃，保溫1.1h，冷卻至室溫後得到所述正極材料A3。

實施例4

按照實施例1的方法進行製備，不同的是，磷酸鐵鋰的用量為100g，所述石墨烯的用量為35g，所述無水碘化鋰的用量為10g，所述乙腈的用量為35g,得到所述正極材料A4。

實施例5

按照實施例1的方法進行製備，不同的是，磷酸鐵鋰的用量為100g，所述石墨烯的用量為55g，所述無水碘化鋰的用量為25g，所述乙腈的用量為65g,得到所述正極材料A5。

對比例1

按照實施例1的方法進行製備，不同的是，磷酸鐵鋰的用量為100g，所述石墨烯的用量為25g，所述無水碘化鋰的用量為5g，所述乙腈的用量為25g,得到所述正極材料D1。

對比例2

按照實施例1的方法進行製備，不同的是，磷酸鐵鋰的用量為100g，所述石墨烯的用量為65g，所述無水碘化鋰的用量為35g，所述乙腈的用量為75g,得到所述正極材料D2。

同時，為了驗證本發明所得正極材料的性能，進行性能進行了容量測試、倍率性能測試、耐高溫測試、月自放電率測試和0.5C循環壽命測試，具體結果如表1所示：、

表1性能測試結果

通過表1可以看出，在本發明範圍內製得的正極材料A1-A5，其容量、倍率性能、耐高溫性能、月自放電率、0.5C循環壽命要高於在本發明範圍外製得的正極材料D1和D2，且A1-A5的最高耐受溫度要高於D1和D2，在本發明優選的範圍內製得的正極材料A1-A3各方面性能都要高於D1和D2。

本發明提供了一種鋰離子電池正極材料及其製備方法，正極材料利用磷酸鐵鋰和石墨烯合成製得，形成三圍空間結構，碳包覆均勾分布，無定形存在的碳材料起到連接作用同時形成了空隙通道，給電子傳輸和鋰離子擴散提供了高效的通道。製備得到的正極材料達到了動力電池對高電流充放電的要求，進一步保證對電化學性能起到顯著改善，證明了該方法的工業應用前景。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。