一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法技术

技术编号:15644898 阅读:358 留言:0更新日期:2017-06-16 20:28
本发明专利技术提供一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,包括如下步骤:步骤一:配制一定物质的量比的铁源、磷源及锂源,加入还原剂并溶解,再加入介孔碳,并进行超声搅拌;步骤二:将步骤一制得的混合液转移至反应釜中,水热反应,反应后冷却至室温,反应产物经洗涤、鼓风干燥后制得复合材料;步骤三:将复合材料置于管式炉中,进行第一次高温煅烧后,冷却取出,洗涤、烘干;步骤四:取添加剂溶于无水乙醇中,加入步骤三所制得的复合材料,经搅拌后配制成第二混合液,将第二混合液置于烘箱中干燥,将溶剂完全蒸发,所得的产物置于惰性气体的保护下进行第二次高温煅烧,冷却、洗涤及烘干制得二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法
本专利技术涉及电池材料
,尤其涉及一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法。
技术介绍
磷酸铁锂(LiFePO4)作为锂离子动力电池的正极材料,具有原料来源广、无毒、理论比容量高(170mAh/g)、循环寿命长、安全性能好等优点,但是,磷酸铁锂本身的锂离子扩散系数低,电子传导率差,低温工作时容量损失严重,阻碍了其的进一步运用。目前,针对磷酸铁锂低温性能的改进主要有三个方面:一、表面改性,在材料晶体表面包覆优良的电子导体(如碳、金属、金属氧化物、导电高分子)或快离子导体(焦磷酸锂),以提升离子或电子在材料晶体表面的传输,从而改善材料的电化学性能;二、体相掺杂,体相掺杂减少材料的带隙宽度,增强体相的电子导电性,另一方面诱导晶格畸变,改善锂离子在晶格内部的扩散速率;三、形貌优化,形貌优化的主要目的在于增加反应活性位点、缩短锂离子扩散距离、增加材料振实密度等。然而,由于磷酸铁锂颗粒的粒径、微观形貌、晶体结构、掺杂和包覆物质的种类及含量等因素,很难通过单一的改进方法达到理想效果,如碳包覆改进磷酸铁锂时,获得均一、完整的碳包覆层比较困难,且单层的碳包覆,含碳量偏低,材料的电子导电性效果不理想。鉴于此,实有必要提供一种新型的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法以克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够改善电池低温性能、防止粒子间团聚、粒子的粒径小、材料的表面积大的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法。为了实现上述目的,本专利技术提供一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,包括如下步骤:步骤一:配制一定物质的量比的铁源、磷源及锂源,均匀混合,加入还原剂并溶解,再加入介孔碳,并进行超声搅拌,制得第一混合液;步骤二:将步骤一制得的第一混合液转移至反应釜中,进行水热反应,反应后冷却至室温,反应产物经洗涤、鼓风干燥后制得磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料;步骤三:将步骤二制得的磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料置于管式炉中,惰性气体的保护下,进行第一次高温煅烧后,冷却取出,洗涤、烘干制得初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料;步骤四:取一定质量的添加剂溶于无水乙醇中,加入步骤三所制得的初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,经搅拌后配制成第二混合液,将第二混合液置于烘箱中干燥,将溶剂完全蒸发,所得的产物置于惰性气体的保护下进行第二次高温煅烧,冷却、洗涤及烘干制得二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料。在一个优选实施方式中,所述步骤一中的还原剂为葡萄糖、柠檬酸、抗坏血酸、麦芽糖的一种或多种。在一个优选实施方式中,所述步骤一中的磷源为H3PO4、NH4H2PO4中的一种或多种。在一个优选实施方式中,所述步骤二中水热反应的温度为120-180℃,水热反应时间为6~12h。在一个优选实施方式中,所述步骤三中的第一次高温煅烧的温度为700~800℃,高温煅烧的时间为2~6h。在一个优选实施方式中,所述步骤四中的第二混合液的固含量为3wt%-10wt%。在一个优选实施方式中,所述步骤四中的第二次高温煅烧的温度为400~600℃,高温煅烧的时间为2~4h。在一个优选实施方式中,所述步骤四中的添加剂为PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)中的一种或多种。在一个优选实施方式中,还包括步骤五:将粘结剂和油性溶剂加入双行星搅拌机中搅拌1-2h均匀分散,刮料;加入导电剂A及导电剂B,搅拌0.5-1h均匀分散,刮料;加入步骤四所制得的二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,高速分散2-3h。在一个优选实施方式中,所述步骤五中的粘结剂为聚偏氟乙烯粘结剂;所述的油性溶剂为N-甲基吡咯烷酮;所述导电剂A为导电炭黑Super-P(SP),导电剂B为KS-6、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(VGCF)、科琴黑(ECP)中的一种或几种。相比于现有技术,本专利技术提供的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,通过将锂源、磷源、铁源前驱体“浇注”到介孔碳材料的三维纳米空间内进行高温高压水热合成磷酸铁锂,材料在介孔碳多维孔道内生长,有利于控制材料的尺寸,降低材料一次粒径,增大比表面积,缩短锂离子迁移距离,为锂离子迁移提供足够的通道,提高材料与电解液的兼容性;采用葡萄糖等有机还原性物质做为二次碳源,可防止亚铁离子在反应体系中被氧化,经高温煅烧后,得到双碳包覆层的磷酸铁锂复合材料,提高材料的电子电导率,提高电池的低温充放电性能和低温循环性能;并且对材料进行二次造粒,增加材料的二次粒径,避免使用纳米工艺打浆,缩短打浆时效,节省纳米打浆工艺所用的分散剂,降低电池制作的原料成本和工艺成本,提高经济效益。【附图说明】图1为传统的磷酸铁锂/碳包覆材料的SEM图;图2为本专利技术实施例1所制备的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的SEM图;图3为传统磷酸铁锂/碳包覆材料制成的电池A与本专利技术实施例1制得磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料所制成的电池B的-20℃充电性能曲线图;图4为传统磷酸铁锂/碳包覆材料制成的电池A与本专利技术实施例1制得磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料所制成的电池B的-20℃放电性能曲线图;图5为传统磷酸铁锂/碳包覆材料制成的电池A与本专利技术实施例1制得磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料所制成的电池B的-20℃的循环性能曲线图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白,以下结合附图和具体实施方式,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术,并不是为了限定本专利技术。本专利技术提供一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,包括如下步骤:步骤一:配制一定物质的量比的铁源、磷源及锂源,均匀混合,加入还原剂并溶解,再加入介孔碳(CMK-3),并进行超声搅拌,制得第一混合液;步骤二:将步骤一制得的第一混合液转移至反应釜中,进行水热反应,反应后冷却至室温,反应产物经洗涤、鼓风干燥后制得磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料;步骤三:将步骤二制得的磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料置于管式炉中,惰性气体的保护下,进行第一次高温煅烧后,冷却取出,洗涤、烘干制得初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料;步骤四:取一定质量的添加剂溶于无水乙醇中,加入步骤三所制得的初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,经搅拌后配制成第二混合液,将第二混合液置于烘箱中干燥,将溶剂完全蒸发,所得的产物置于惰性气体的保护下进行第二次高温煅烧,冷却、洗涤及烘干制得二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,即本专利技术所制备的最终的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料。具体的,所述步骤一中的铁源、磷源及锂源的物质的量浓度之比为1:1:3或1:1:2。具体的,所述步骤一中的还原剂为葡萄糖、柠檬酸、抗坏血酸、麦芽糖的一种或多种。具体的,所述步骤一中的磷源为H3PO4、NH4H2PO4中的一种或多种。具体的,所述步骤二中水热反应的温度为120-180℃,水热反应时间为6~12h。具体的,所述步骤三中的惰性气体为氮气;所述步骤四中的惰性气体为氮气。具体的,所述步骤三中的第一次高温煅烧的温度为700~800℃,高温煅烧的时间为2~6h。具体的,所述步骤四中的第二混合液的固含量为3wt%-10wt%。具体的,所述步骤四中的第二次高温煅烧的温度为40本文档来自技高网...
一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法

【技术保护点】
一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:配制一定物质的量比的铁源、磷源及锂源,均匀混合,加入还原剂并溶解,再加入介孔碳,并进行超声搅拌,制得第一混合液;步骤二:将步骤一制得的第一混合液转移至反应釜中,进行水热反应,反应后冷却至室温,反应产物经洗涤、鼓风干燥后制得磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料;步骤三:将步骤二制得的磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料置于管式炉中,惰性气体的保护下,进行第一次高温煅烧后,冷却取出,洗涤、烘干制得初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料;步骤四:取一定质量的添加剂溶于无水乙醇中,加入步骤三所制得的初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,经搅拌后配制成第二混合液,将第二混合液置于烘箱中干燥,将溶剂完全蒸发,所得的产物置于惰性气体的保护下进行第二次高温煅烧,冷却、洗涤及烘干制得二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一:配制一定物质的量比的铁源、磷源及锂源,均匀混合,加入还原剂并溶解,再加入介孔碳,并进行超声搅拌,制得第一混合液;步骤二:将步骤一制得的第一混合液转移至反应釜中,进行水热反应,反应后冷却至室温,反应产物经洗涤、鼓风干燥后制得磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料;步骤三:将步骤二制得的磷酸铁锂/碳掺杂的复合材料置于管式炉中,惰性气体的保护下,进行第一次高温煅烧后,冷却取出,洗涤、烘干制得初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料;步骤四:取一定质量的添加剂溶于无水乙醇中,加入步骤三所制得的初级磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料,经搅拌后配制成第二混合液,将第二混合液置于烘箱中干燥,将溶剂完全蒸发,所得的产物置于惰性气体的保护下进行第二次高温煅烧,冷却、洗涤及烘干制得二次造粒的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料。2.如权利要求1所述的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤一中的铁源、磷源及锂源的物质的量浓度之比为1:1:3或1:1:2。3.如权利要求2所述的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤一中的还原剂为葡萄糖、柠檬酸、抗坏血酸、麦芽糖的一种或多种;所述步骤一中的磷源为H3PO4、NH4H2PO4中的一种或多种。4.如权利要求3所述的磷酸铁锂/双碳层包覆复合材料的制备方法,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:伍伟焦奇方饶睦敏李瑶
申请(专利权)人:深圳市沃特玛电池有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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