本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的方法，特别公开了一种共沉淀技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法。该方法以氢氧化铁和硼酸为原料，其特征为：将氢氧化铁和硼酸依次添加于水中，在室温下搅拌得到沉淀物；将沉淀物从水溶液中过滤分离出来，干燥后往沉淀物中添加碳酸锂和炭黑，并充分混合；将上述混合物置于氩气保护下烧结，自然冷却到室温，即得产品。本发明专利技术采用来源广泛、价格低的硼酸和氢氧化铁作为原材料，同时沉淀物生产工艺简单，操作简便，可控性好、重复性高，所得到的材料颗粒较小、粒径分布据黁，后续生产的硼酸铁锂正极材料结晶度高，从而提高了材料的充放电性能。
【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的方法，特别涉及。(二)
技术介绍
锂离子电池因其具有能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应、循环寿命长等优点，被广泛应用在手机、笔记本电脑等消费电子产品、电动工具、储能装置、电动车及混合电动车上。锂离子电池由正负极材料、电解液、隔膜、集流体等多个部分组成，电极材料是锂离子电池最主要组成部分，电极材料的性能是电池总体性能的决定性因素，其中正极材料决定了锂离子电池的电位，所以是决定单电池容量的主要影响因素，其成本约占整个电池的40%左右，因此正极材料的组成设计、制备方法和性能很大程度上决定了锂离子电池的最终性能和价格。目前锂离子电池常用正极材料是锂过渡金属复合氧化物，包括钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)及其衍生材料，如镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.202)、镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/302)等。国内外对此开展了大量基础研究并基本实现产业化。但这些正极材料往往包含比较稀少的金属元素如Co、Ni等，造成价格较高，生产工艺要求较高，同时工作不稳定，容易受热、撞击而发生爆炸、燃烧等种种事故，这对锂离子电池在电动汽车等新领域的应用是致命的问题。例如钴酸锂是一种目前最常用的商用锂离子电池正极材料，但它由于含有稀有的钴元素，生产成本高，合成制备条件要求高，由于其自身的电化学特性，自身撞击或剧烈动作时易爆炸，在电动汽车领域应用还面临着成本较高、安全性较低以及能量密度不够高、使用寿命不长以及高低温性能较差等问题，因此有必要寻找和开发新型廉价锂离子电池正极材料。近来广受瞩目的磷酸铁锂和锰酸锂由于安全性好、成本低、资源丰富，被认为是具有发展前景的动力锂离子电池正极材料。但受限于过渡金属元素氧化还原反应，其能量密度有限，比容量低于160 mAh/g，能量密度低于500 Wh/kg，不能满足更高能量密度的动力电池要求，应用于电动汽车中，往往会导致“里程焦虑”。最近，日本东京大学和东京工业大学Nobuyuki Iwane联合研究组,报导了一种新型正极材料硼酸铁锂，这类材料具有良好的电化学性能，高比容量、良好的循环能力以及新的电化学充放电机制。硼酸铁锂相比磷酸铁锂的优势在于其更高的比容量r220mAh/g)，更好的导电性(电导率~3.9X10--7S/cm)，极小的体积变化率1-2%)。从结构上来说，硼酸根离子比磷酸根离子的摩尔质量小很多(58.8 < 95)，且硼酸铁锂的结构能够同时提供锂离子导电和电子导电。报告的电池比容量为190mAh/g，充电/放电效率达到了 98%，操作电压为3V，2C放电20次以后，容量还能保持75%以上。由于硼酸铁锂具有良好的可逆性、高比容量、良好的循环能力、优异的化学及电化学稳定性，因此硼酸铁锂是一种非常有开发前景的锂离子电池正极材料。目前，合成硼酸铁锂的主要方法是在惰性气体保护下的高温固相反应法，但是这类制备工艺具有过程复杂多变、能耗过大、成本较高等缺点，并且所得到的材料纯度不高、颗粒较大、电化学性能差。另外有采用溶胶凝胶法制备硼酸铁锂的技术，但这一方法需要先生成溶胶凝胶，再将溶胶凝胶球磨后压片，后续还要进行烧结，同时合成溶胶凝胶还需要采用螯合剂，生产程序复杂，成本较高，因此这类方法也存在很大缺陷。(三)
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种步骤简单、生产成本低的共沉淀技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的: ，以氢氧化铁和硼酸为原料，包括如下步骤: (I)将摩尔比为1:1的氢氧化铁和硼酸依次添加于水中，在室温下搅拌30-45分钟得到沉淀物； 此步骤发生如下反应，生成硼酸铁: Fe (OH) 3+H3B03=FeB03+3H20。(2)将沉淀物从水溶液中过滤分离出来，干燥后往沉淀物中添加碳酸锂和炭黑或石墨颗粒物，并充分混合； (3)将上述混合物置于氩气保护下，于600-900°C烧结10-12小时，随后以4_6°C /min的速度冷却到室温，即得颗粒状硼酸铁锂产品。此步骤发生如下反应，生成硼酸铁锂:4FeB03+2Li2C03+C=4LiFeB03+3C02。本专利技术的更优技术方案为: 步骤(1)中，室温下搅拌时间为30min。步骤(2)中，硼酸铁、碳酸锂和炭黑或石墨颗粒物的摩尔比为4:2:1。步骤(3)中，烧结时间为10小时。本专利技术的特点在于: (1)简化了硼酸铁锂的制备工艺过程，可控性好、重复性高，降低了材料的合成温度，缩短了材料的制备周期，节约了生产成本； (2)利用该方法合成的材料颗粒均匀一致，结晶度高，并且通过调节溶胶的浓度，还可得到不同粒径的材料； (3)本专利技术中所得的材料具有高度的可逆性、可观的比容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命，使得该材料具有很高的实际使用价值，可以有效地满足锂离子电池各种应用的实际要求； (4)本专利技术充分利用了我国丰富的铁和硼矿资源来开发锂离子电池，从制造材料的源头上降低了锂离子电池的实际成本。本专利技术采用来源广泛、价格低的硼酸和氢氧化铁作为原材料，同时沉淀物生产工艺简单，操作简便，可控性好、重复性高，所得到的材料颗粒较小、粒径分布据摩，后续生产的硼酸铁锂正极材料结晶度高，从而提高了材料的充放电性能。(四)【具体实施方式】 以下结合实施实例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1: 将0.1mol氢氧化铁和0.1mol硼酸置于IL水中，在室温下搅拌30分钟得到颗粒状沉淀物，采用倾倒法将此颗粒状沉淀物从水溶液中分离出来，干燥后，然后再添加0.05mol碳酸锂和0.025mol炭黑，充分混合后，在氩气保护下于650°C烧结10小时，以4_6°C /min的速度冷却到室温，即得LiFeBO315 X射线粉末衍射分析表明所得的产物为纯LiFeBO3,结晶度高；从扫描电子显微镜分析得知所得产物的颗粒分散性好，平均粒径为60nm。将所得的产物作为正极材料，在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池，以0.1C的倍率在2.1-4.5V间进行充放电循环，首次充电容量为169.4mAh/g，放电容量为163.2mAh/g，循环50周后的可逆容量为151.1mAh/g，显示了优异的电化学性能。实施例2: 将0.1mol氢氧化铁0.1mol硼酸溶于置于IL水中，在室温下搅拌45分钟得到颗粒状沉淀物，然后再添加0.05mol碳酸锂和0.025mol石墨颗粒物，充分混合后，在氩气保护下于700°C烧结12小时，以4-6°C /min的速度冷却到室温，即得LiFeB03。X射线粉末衍射分析表明所得的产物为纯LiFeBO3,结晶度高；从扫描电子显微镜分析得知所得产物的颗粒分散性好，平均粒径为65nm。将所得的产物作为正极材料，在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池，以0.1C的倍率在2.1-4.5V间进行充放电循环，首次充电容量为152.3mAh/g，放电容量为138.3mAh/g，循环50周后的可逆容量为135.2mAh/g，显示了优异的电化学性倉泛。实施例3: 将0.1mol氢氧化铁0.1mol硼酸溶于置于IL水中，在室温下搅拌35分钟得到颗粒状沉淀物，然后再添加0.05mol碳酸锂和0.02本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种共沉淀技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法，以氢氧化铁和硼酸为原料，其特征为，包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:1的氢氧化铁和硼酸依次添加于水中，在室温下搅拌30‑45分钟得到沉淀物；（2）将沉淀物从水溶液中过滤分离出来，干燥后往沉淀物中添加碳酸锂和炭黑或石墨颗粒物，并充分混合；（3）将上述混合物置于氩气保护下，于600‑900℃烧结10‑12小时，随后以4‑6℃/min的速度冷却到室温，即得颗粒状硼酸铁锂产品。
【技术特征摘要】
1.一种共沉淀技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法，以氢氧化铁和硼酸为原料，其特征为，包括如下步骤:(1)将摩尔比为1:1的氢氧化铁和硼酸依次添加于水中，在室温下搅拌30-45分钟得到沉淀物；(2)将沉淀物从水溶液中过滤分离出来，干燥后往沉淀物中添加碳酸锂和炭黑或石墨颗粒物，并充分混合；(3)将上述混合物置于氩气保护下，于600-900°C烧结10-12小时，随后以4_6°C /min的速度冷却到室温，即得...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟海舟，
申请(专利权)人：菏泽学院，
类型：发明
国别省市：山东;37
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