一种锂电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池正极材料的制备方法，碳酸锂、磷酸铁、淀粉、1,5‑环辛二烯、双1,5‑环辛二烯镍、2,2'‑联吡啶作为主要原料，采用的等离子高温熔融技术进行加工,以介孔ZSOF结构来提高活性成分容量,而且介孔结构能有效提高电解液的扩散渗透,提高电子离子传输效率,有效改善了正极材料的循环和倍率性能，其所用原料按以下配比：Fe：Li：C化学计量比1：1:0.05；ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比4:3；1,5‑环辛二烯、双1,5‑环辛二烯镍、2,2'‑联吡啶摩尔比为1:1:2；本发明专利技术制备的锂电池材料既能保持较高的能量密度,又能显著改善锂电池的循环性能以及使用寿命。

A preparation method of cathode material for lithium battery

The invention discloses a preparation method of lithium battery positive electrode material: lithium carbonate, iron phosphate, starch, 1,5 cyclococadiene, double 1,5 cyclopecadiene nickel, 2,2'polypyridine as the main raw material, the plasma high temperature melting technology is used, the mesoporous ZSOF structure is used to improve the active component capacity, and the mesoporous structure can be used. It can effectively improve the diffusion permeability of the electrolyte, improve the transmission efficiency of the electron ion and effectively improve the circulation and multiplying performance of the cathode materials. The raw materials used are as follows: Fe:Li:C stoichiometric ratio 1:1:0.05; ZSOF mesoporous nanomaterials and lithium iron phosphate materials according to mass ratio 4:3; 1,5 cyclopecenadiene, double 1,5 cyclocyclenadiene The mole ratio of nickel, 2,2'and bipyridine is 1:1:2; the lithium battery material prepared by this invention can not only maintain high energy density, but also significantly improve the cycle performance and service life of lithium battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂电池正极材料的制备方法,属于电池材料领域。
技术介绍
新能源行业是目前全球改善能源短缺及环境保护的一个重要发展方向。锂离子电池由于具有高的工作电压,且无记忆效应、自放电小、能量密度大和循环寿命长的优点,受到广泛的关注。目前锂离子电池主要朝高能量密度、低生产成本、高安全方向发展；目前商业化的锂离子正极材料主要是以磷酸铁锂、三元材料以及锰酸锂等为主,其中锰酸锂电池循环寿命短且高温环境下循环寿命更差,而三元材料作为动力电池存在安全性问题。近来,磷酸铁锂锂离子电池正极材料由于其高的放电容量,优异的安全性能,以及良好的循环性能等优点成为了当今研究的热点。磷酸铁锂的离子和电子导电性差。表面包覆是目前改善锂离子电池正极材料不足的有效方法之一,包覆层不仅能有效抑制电解液和正极材料间的副反应,还可以抑制材料中过渡金属的溶解等,增强材料的循环稳定性以及高倍率下的循环性能等,有效改善材料的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂电池正极材料的制备方法，该电池材料能有效提高电解液的扩散渗透,提高电子离子传输效率,有效改善了正极材料的循环和倍率性能。一种锂电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1、按照Fe：Li：C化学计量比1：1:0.05的比例分别称取碳酸锂、磷酸铁和淀粉，加入无水乙醇混合均匀后进行以500rpm转速球磨8h，然后在90℃真空干燥12h得到磷酸铁锂前驱体粉；步骤2、对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧,使反应粉料熔融,等离子电弧电压40kV,等离子电弧电流1000A；将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内,冷却后对颗粒粉碎筛分,筛分得到的颗粒大小为5-10μm的球型正极磷酸铁锂材料；步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比4:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。所述的ZSOF多孔纳米材料制备方式如下：步骤1、将9.6mmol1,5-环辛二烯加入到9.6mmol双1,5-环辛二烯镍和4.8mmol2,2'-联吡啶的无水甲苯溶液100ml的烧瓶中；步骤2、加热80℃并恒温1个小时，得到紫色的甲苯溶液；步骤3、向上述得到的紫色的甲苯溶液中加入1mmol八苯基环四硅氧烷,于80℃搅拌反应过夜,反应得到深蓝色悬浊液；步骤4、将步骤3得到的深蓝色悬浊液冷却到室温后,加入50ml乙酸,搅拌12小时并过滤,产物分别用水（5次×30ml）,乙醇（5次×30ml）和氯仿（5次×30ml）处理,100℃真空干燥后得到ZSOF多孔纳米材料。有益效果：本专利技术制备的电池材料能有效提高电解液的扩散渗透,提高电子离子传输效率,有效改善了正极材料的循环和倍率性能，采用的等离子高温熔融技术进行加工，通过真空系统预置真空后,熔融腔和冷却腔中引入等离子体工作气体，在两极之间加入电压,熔融腔内的惰性气体等离子体瞬间升温,温度可以达到几千度,可以使加入送料器中的粉体迅速达到熔融状态,等离子体高速运动,颗粒之间会发生剧烈碰撞,即时生成所需要的熔融状态下的材料,通过被喷射出来的气体带出熔融腔,进入到冷却腔内,冷却后得到所需磷酸铁锂正极材料；使得本专利技术的锂电池既能保持较高的能量密度,又能显著改善锂电池的循环性能以及使用寿命。具体实施方式实施例1一种锂电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1、按照Fe：Li：C化学计量比1：1:0.05的比例分别称取碳酸锂、磷酸铁和淀粉，加入无水乙醇混合均匀后进行以500rpm转速球磨8h，然后在90℃真空干燥12h得到磷酸铁锂前驱体粉；步骤2、对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧,使反应粉料熔融,等离子电弧电压40kV,等离子电弧电流1000A；将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内,冷却后对颗粒粉碎筛分,筛分得到的颗粒大小为5-10μm的球型正极磷酸铁锂材料；步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比4:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。所述的ZSOF多孔纳米材料制备方式如下：步骤1、将9.6mmol1,5-环辛二烯加入到9.6mmol双1,5-环辛二烯镍和4.8mmol2,2'-联吡啶的无水甲苯溶液100ml的烧瓶中；步骤2、加热80℃并恒温1个小时，得到紫色的甲苯溶液；步骤3、向上述得到的紫色的甲苯溶液中加入1mmol八苯基环四硅氧烷,于80℃搅拌反应过夜,反应得到深蓝色悬浊液；步骤4、将步骤3得到的深蓝色悬浊液冷却到室温后,加入50ml乙酸,搅拌12小时并过滤,产物分别用水（5次×30ml）,乙醇（5次×30ml）和氯仿（5次×30ml）处理,100℃真空干燥后得到ZSOF多孔纳米材料。实施例2步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比2:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例3步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比1:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例4步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比1:1进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例5步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比1:5进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例6步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比1:7进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例7步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比5:1进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例8步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比7:1进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例9步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比1:10进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。实施例10步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比10:1进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。其余步骤同实施例1。对照例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、按照Fe：Li：C化学计量比1：1:0.05的比例分别称取碳酸锂、磷酸铁和淀粉，加入无水乙醇混合均匀后进行以500rpm转速球磨8h，然后在90℃真空干燥12h得到磷酸铁锂前驱体粉；步骤2、对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧,使反应粉料熔融,等离子电弧电压40kV,等离子电弧电流1000A；将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内,冷却后对颗粒粉碎筛分,筛分得到的颗粒大小为5‑10μm的球型正极磷酸铁锂材料；步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比4:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔道的磷酸铁锂材料,得到纳米介孔包覆磷酸铁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、按照Fe：Li：C化学计量比1：1:0.05的比例分别称取碳酸锂、磷酸铁和淀粉，加入无水乙醇混合均匀后进行以500rpm转速球磨8h，然后在90℃真空干燥12h得到磷酸铁锂前驱体粉；步骤2、对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧,使反应粉料熔融,等离子电弧电压40kV,等离子电弧电流1000A；将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内,冷却后对颗粒粉碎筛分,筛分得到的颗粒大小为5-10μm的球型正极磷酸铁锂材料；步骤3、将所得ZSOF介孔纳米材料与磷酸铁锂材料按质量比4:3进行复合,在氮气条件下,加热至150℃,保温,然后进行吹扫,去除未填充入孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：石荣，张泽顺，
申请(专利权)人：邳州易萨新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32