锂离子电池正极材料的制备方法及其锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料的制备方法及其锂离子电池，采用共沉淀法先将Al3+均匀地沉积在FePO4·2H2O颗粒中，然后将其与锂源混合煅烧制备LiFePO4。相对于用多种原料混合，两种原料的混合方式更易混合均匀，获得成分均一、电化学性能优异的LiFePO4。通过此种方法获得的材料用于锂离子电池正极时，具有较高的能量密度和良好的导电性，使得锂离子电池具有高的比容量以及稳定的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料的制备方法及其锂离子电池【
】本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法及以该正极材料做为正极所制成的锂离子电池，尤其是锂离子电池正极材料为一种铝掺杂的磷酸铁锂的制备方法及锂离子电池。【
技术介绍
】橄榄石型LiFePO4因具有理论比容量高、安全性能好和循环性能优良等多种优点，成为一种非常有前景的锂离子电池正极材料。然而，LiFePO4的电子导电率(10_9?KTkiS/cm)和锂离子扩散速率(1.8X10-14cm2/S)较低，使得其高倍率下的电化学性能较差。通过在LiFePO4颗粒表面包覆导电剂(碳或金属粉末)和掺杂高导电率金属离子的方法，可以大幅度提高LiFePO4的导电率，从而提高材料高倍率放电性能；优化合成工艺，制备精细(如纳米级、亚微米级)LiFePO4粉末，可以缩短Li+的扩散路径。研究者们多是以FeC2O4为原料，采用固相法制备掺杂型LiFePO4，但是，在掺杂量较低的情况下，机械法难以将锂源、铁源、磷源和掺杂源4种原料混合均匀；而采用溶胶-凝胶法虽然能将各原料混合均匀，但成本较高，工业应用价值不大。【
技术实现思路
】为解决上述问题，本专利技术提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，包含下列步骤:步骤1，制备含铝磷酸铁前驱体:将硫酸亚铁、磷酸和铝盐溶于去离子水中，搅拌同时加入双氧水使Fe ( II )氧化成Fe (III)，再加入氨水调节pH值至酸性后可得到白色沉淀物，经洗涤、过滤及干燥后即得不同掺Al量的FePO4.2H20，为含铝磷酸铁前驱体；步骤2，制备前驱混合物:按比例称取Li2CO3、铝磷酸铁前驱体及乙二酸；以乙醇为介质，在常温下进行研磨后得到前驱混合物；步骤3，烧结:将前驱混合物烘干后置入程序控温管式炉，在惰性气体气氛下进行煅烧，随炉冷却即得橄榄石型Al3+掺杂LiFeP04。优选的，在前述步骤I中加入氨水调节pH值为调节至pH值2.0?4.0。优选的，在前述步骤I中白色沉淀物干燥温度为80-100°C，干燥时间为8-12小时。优选的，在前述步骤2中的比例为摩尔比η (Li): η (Fe): n (C) = (l+y/2):1: 1.8,其中所述 y 为 0.01-0.5。优选的，在前述步骤2中的研磨为球磨,球磨为在乙醇介质中，转速500_700r/min高速球磨4-8小时。优选的，前述步骤3中惰性气体为氩气。优选的，前述步骤3中前驱混合物烘干温度为50°C -80°C。本专利技术再提出一种锂离子电池，包含有电池正极及电池负极，电池正极的材料为LiFeP04,由前述的制备方法制造而成。优选的，将前述LiFeP04、乙炔黑和粘接剂混合，再以铝箔为基体制备成所述电池正极优选的，前述LiFeP04、乙炔黑和粘接剂的质量比例为8:1:1因此，本专利技术的有益效果是通过A13+改性的磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料，并藉此制作成锂离子电池的正极；A13+改性的磷酸铁锂结构稳定、电化学活性高，在成本控制、简化工艺、放电容量、循环性、大电流放电能力等方面具有较强的竞争优势，具有高性能高循环稳定性的特点。【【附图说明】】图1是本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法流程示意图。图2是未掺杂铝制备的磷酸铁锂正极材料的扫描电镜图。图3是本专利技术铝掺杂的磷酸铁锂离子电池正极材料扫描电镜图。图4是【具体实施方式】制备的铝掺杂的磷酸铁锂正极材料与未掺杂铝制备的磷酸铁锂正极材料的首次重放电曲线图。【【具体实施方式】】本专利技术主要揭露一种锂离子电池正极材料的制备方法，其中锂离子电池放电的基本原理已为相关
的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再对锂离子电池作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，主要表达与本专利技术特征有关的示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先说明。请参考图1，为本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法流程示意图，包含下列步骤:步骤1，制备含铝磷酸铁前驱体:将硫酸亚铁、磷酸和铝盐溶于去离子水中，在强烈搅拌下加入足量的双氧水使得全部Fe ( II )氧化成Fe (III)，用氨水调节pH值至2.0?4.0左右，反应5-30min，得到白色沉淀洗涤-过滤3次，然后于80_100°C干燥8_12h即得不同掺Al量的FePO4.2H20,为含铝磷酸铁前驱体；步骤2，球磨制备无定型前驱混合物:按摩尔比η (Li): η (Fe): n (C) = (l+y/2):1: 1.8 (其中 y 为 0.01-0.5)称取一定量的 Li2C03、铝磷酸铁前驱体和乙二酸；以乙醇为介质，在常温下转速为500-700r/min进行球磨4-8h小时后得到浅绿色无定形前驱混合物；步骤3，烧结:将混合物于50-80°C烘干后置入程序控温管式炉，在氩气气氛下于5000C _800°C煅烧8-12小时，随炉冷却即得橄榄石型Al 3+掺杂LiFeP04。图2为未掺杂铝制备的磷酸铁锂正极材料的扫描电镜图；图3为本专利技术含铝磷酸铁锂离子电池正极材料扫描电镜图，由图2及图3的比较可见未掺杂铝制备的磷酸铁锂正极材料及含铝磷酸铁锂离子电池正极材料在微观结构上的差异，含铝磷酸铁锂颗粒表面包覆较密集的导电材料，可以大幅度提高磷酸铁锂的导电率，从而提高材料高倍率放电性能。此外，在本专利技术中还涉及一种锂离子电池，包含有电池正极及电池负极，电池正极的材料为LiFeP04，由前述的步骤所制备而成，再将前述LiFeP04、乙炔黑和粘接剂以质量比例8:1:1混合，再以铝箔为基体可制成锂离子电池正极。实施例1:首先称取一定量的FeSO4.7H20、H3PO4和Al2(SO4)3.18H20，溶于去离子水中，在强烈搅拌下加入足量的H2O2，使得全部Fe( II )氧化成FeUII )，用NH3.H2O调节PH值至2.0左右，反应时间约为30分钟，将得到的乳白色沉淀物洗涤-过滤反复进行至少3次，然后于100°C干燥12小时即得不同掺Al量的FePO4.2H20，为含铝磷酸铁前驱体。再按摩尔比n(Li):n(Fe):n(C) = 1.005:1:1.8,称取一定量的 Li2C03、含招磷酸铁前驱体和乙二酸；以乙醇为介质，在常温下高速球磨4h后得到浅绿色无定形的前驱混合物；将前驱混合物于80°C烘干后置入程序控温管式炉，在氩气气氛下于600°C煅烧12小时，随炉冷却即得橄榄石型Al3+掺杂LiFeP04。该样品在0.1C、IC和2C倍率下的首次放电比容量分别为162.4、152.2和142.0mA.h/g，在IC倍率下循环100次后的放电比容量高达149.7mA.h/g，如图4所示。实施例2:称取一定量的FeSO4.7H20、H3PO4和Al2(SO4)3.18H20，溶于去离子水中，在强烈搅拌下加入足量的H2O2,使得全部Fe ( II )氧化成Fe (III)，再用NH3 -H2O调节pH值至3.0左右，反应时间约为15分钟，将得到的乳白色沉淀物洗涤-过滤反复进行至少3次，然后于95°C干燥12小时即得不同掺Al量的FePO4.2H20，为含铝磷酸铁前驱体。再按摩尔比η (Li): η (Fe): n (C) = 1.01:1:1.8，称取一定量的Li2C03、含铝磷酸铁前驱体和乙二酸；并以乙醇为介质，在常温下高速球磨3h后得到浅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包含下列步骤： 步骤1，制备含铝磷酸铁前驱体：将硫酸亚铁、磷酸和铝盐溶于去离子水中，搅拌同时加入双氧水使Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)，再加入氨水调节pH值至酸性后可得到白色沉淀物，经洗涤、过滤及干燥后即得不同掺Al量的FePO4·2H2O，为所述含铝磷酸铁前驱体； 步骤2，制备前驱混合物：按比例称取Li2CO3、所述铝磷酸铁前驱体及乙二酸；以乙醇为介质，在常温下进行研磨后得到所述前驱混合物； 步骤3，烧结：将所述前驱混合物烘干后置入程序控温管式炉，在惰性气体气氛下进行煅烧，随炉冷却即得橄榄石型Al3+掺杂LiFePO4。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包含下列步骤: 步骤1，制备含铝磷酸铁前驱体:将硫酸亚铁、磷酸和铝盐溶于去离子水中，搅拌同时加入双氧水使Fe ( II )氧化成Fe (III)，再加入氨水调节pH值至酸性后可得到白色沉淀物，经洗涤、过滤及干燥后即得不同掺Al量的FePO4.2H20,为所述含铝磷酸铁前驱体； 步骤2，制备前驱混合物:按比例称取Li2CO3、所述铝磷酸铁前驱体及乙二酸；以乙醇为介质，在常温下进行研磨后得到所述前驱混合物； 步骤3，烧结:将所述前驱混合物烘干后置入程序控温管式炉，在惰性气体气氛下进行煅烧，随炉冷却即得橄榄石型Al3+掺杂LiFePO4。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤I中所述加入氨水调节PH值为调节至pH值2.0?4.0。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤I中所述白色沉淀物干噪温度为80-100°C，干燥时间为8-12小时。4.根据权利要求1所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭影，
申请(专利权)人：北汽福田汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11