锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。该方法包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。得到的锂离子电池正极材料应用于生产锂离子电池的电芯时，可以有效降低电池电芯的膨胀率，提高电池的性能。

Positive electrode material for lithium ion battery, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention discloses a cathode material of a lithium ion battery, a preparation method thereof and a lithium ion battery. The method comprises the following steps: (1) mixing the lithium fluoride phosphate lithium with the asphalt to obtain a coating; (2) sintering the composite under the protection of the inert gas, and obtaining the anode material of the lithium ion battery. The lithium ion battery anode material applied to the production of the lithium-ion battery core can effectively reduce the expansion rate of the battery core, and improve the performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
目前，以磷酸根聚阴离子为基础的正极材料已经成为研究热点之一，与锂的过渡金属氧化物正极材料相比，它有较好的安全性能，这主要是因为以磷酸根为基础的化合物具有结构的优势：它可以限制氧的逸出和燃烧，因而电池的安全性较好；由于诱导效应的存在，它能够产生比较高的氧化还原电位；另外锂离子扩散的通道增大，所以能够很好地嵌入或脱嵌锂。这主要由于磷酸根离子的加入，替代了氧离子从而使化合物的三维结构发生变化，使其具有很好地电化学性能和热力学稳定性和比较高的容量。其中磷酸铁锂(LiFePO4)是目前应用广泛的磷酸盐正极材料，但其工作电压3.5V较低。氟化磷酸钒锂(LiVPO4F)具有较高的放电电压，可以作为4V以上的锂离子电池正极磷酸盐材料。目前对锂离子电池正极材料LiVPO4F的研究不多。CN101517790A公开了用于二次电化学电池的新型电极活性材料。其中实施例7具体公开了制备LiV(PO4)0.9F1.3的方法：在第一步骤中，通过金属氧化物(以五氧化二钒为例)的碳热还原反应制成金属磷酸盐。用研钵和研棒预混合1.82g的V2O5、2.64g的(NH4)2HPO4和0.36g的炭黑，然后将其制成粒状。将颗粒移送至配置了氩气流的烘箱中。以每分钟2℃的缓升率加热样品直到最终温度为700℃，并保持16小时。在第二步骤中，将第一步骤中制得的磷酸钒与其他反应物反应，将1.72g的VPO4、0.0346gLiF和0.15gNH4F预混合，制成粒状放入烘箱，加热至最终温度700℃，并保温1小时。CN1803593A公开了一种锂离子二次电池正极材料氟化磷酸钒锂的制备方法，包括：1-室温下，10％的过氧化氢水溶液与五氧化二钒反应，得到五氧化二钒溶胶，静置形成五氧化二钒凝胶；2-在凝胶中加入磷酸二氢铵、氟化锂和乙炔黑混合均匀，在烘箱中100℃下干燥6h得到前躯体；3-将前躯体在25MPa下压片，在惰性气体保护下，300℃下预烧4h，再重新压片，在550℃和氩气保护下，焙烧1-4h生成LiVPO4F产物。该方法提供的正极材料制得电极的性能仍不能满足需要，且实际进行电池电芯的生产时，电芯产品的膨胀率高，不适于工业化生产及应用。目前已有技术提供的锂离子电池正极材料不适于电池电芯的工业化生产，需要提供一种可以适于工业化生产和应用的锂离子电池正极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术提供的锂离子电池正极材料制备的电池电芯性能不足，且电池电芯生产过程中产品膨胀率高的缺陷，提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。本专利技术还提供了一种由本专利技术的方法制得的锂离子正极材料。本专利技术还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括由本专利技术的锂离子电池正极材料制备而得的电芯。本专利技术提供的方法采用三次高温烧结合成并加入沥青进行机械融合包覆的步骤，得到的锂离子电池正极材料含有由沥青烧结得到的碳，应用于生产锂离子电池的电芯时，可以有效降低电池电芯的膨胀率，提高电池的性能。制备电池的半电池充电容量可以为168～173mAh/g，放电容量可以为139～144mAh/g，全电池电芯膨胀率可以小于3％。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术的锂离子电池正极材料的制备方法流程图；图2a为实施例1生产的电池电芯的截面示意图；图2b为对比例1生产的电池电芯的截面示意图；图3为实施例1的锂离子电池正极材料的XRD谱图；图4为实施例1的锂离子电池正极材料的充放电曲线；图5为实施例1的锂离子电池正极材料的SEM图像。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，如图1所示，包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。根据本专利技术，优选情况下，所述沥青的用量为氟化磷酸钒锂的0.1重量％～20重量％，优选为1重量％～12重量％。根据本专利技术，优选情况下，所述沥青的软化点大于200℃；优选所述沥青为煤沥青或石油沥青。优选所述沥青的软化点为260～300℃。本专利技术中，在步骤(1)中优选将氟化磷酸钒锂与沥青粉碎后再进行机械融合，氟化磷酸钒锂的d50不大于30μm，沥青的d50不大于3μm。本专利技术中，在步骤(1)中进行机械融合，优选先将氟化磷酸钒锂与沥青在不大于1000rpm下进行预混合，再在2000rpm下进行融合包覆。本专利技术中，所述机械融合是氟化磷酸钒锂与沥青均在粉末状态下进行固相混合，可以使氟化磷酸钒锂与沥青有更好的混合效果，可以更好地在步骤(2)的烧结合成中实现沥青对氟化磷酸钒锂的包覆效果，最终提高制备的锂离子电池正极材料的应用效果。根据本专利技术，优选情况下，所述烧结合成的温度为600～900℃，时间为2～12h。根据本专利技术的一种优选实施方式制备氟化磷酸钒锂，如图1所示，进一步包括：(a)将钒源、磷酸根源、还原剂和水进行混合以得到浆料，干燥所述浆料；(b)将步骤(a)所得干燥物在惰性气体保护下进行一次烧结合成；(c)将步骤(b)所得一次烧结产物与氟化锂一起进行球磨；(d)将步骤(c)所得球磨产物在惰性气体保护下进行二次烧结合成，得到氟化磷酸钒锂。根据本专利技术，优选情况下，所述一次烧结合成和二次烧结合成的温度为600～900℃，时间为2～12h。根据本专利技术，优选情况下，所述球磨是时间为2～8h。根据本专利技术，优选情况下，所述钒源、磷酸根源、还原剂和氟化锂之间的重量比为1：(0.931～1.029)：(0.456～0.504)：(0.228～0.252)。根据本专利技术，优选情况下，所述钒源为钒酸铵、三氧化二钒和五氧化二钒中的至少一种，所述磷酸根源为磷酸二氢铵，所述还原剂为柠檬酸或蔗糖。本专利技术还提供了一种由本专利技术的方法制得的锂离子正极材料。其中主要物质为氟化磷酸钒锂，化学式为LiVPO4F，可以通过先以XRD方法测定获得谱图，然后将谱图与文献(“PerformanceEvaluationofLithiumVanadiumFluorophosphateinLithiumMetalandLithium-IonCells”,J.Barker,R.k.B.Gover,P.Burns,et.al.,JournaloftheElectrochemicalSociety,152(9),A1776-A1779,(2005))中图1公开的氟化磷酸钒锂的XRD谱图相对照确定获得的锂离子正极材料的主要物质为氟化磷酸钒锂。但该锂离子正极材料还包括了由沥青经烧结提供的碳，沥青烧结后残留碳为无定型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沥青的用量为氟化磷酸钒锂的0.1重量％～20重量％，优选为1重量％～12重量％。3.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述沥青的软化点大于200℃；优选所述沥青为煤沥青或石油沥青。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧结合成的温度为600～900℃，时间为2～12h。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，进一步包括：(a)将钒源、磷酸根源、还原剂和水进行混合以得到浆料，干燥所述浆料；(b)将步骤(a)所得干燥物在惰性气体保护下进行一次烧结合成；(c)将步骤(b)所得一次烧结产物与氟化锂一起进行球磨；(d)将步骤(c)所得球磨产物在惰性气体保护下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开周，王国文，唐堃，潘广宏，何广利，薛嘉渔，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11