一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，所述的磷酸钴铁锂的化学式为LiFexCo1‑xPO4/C，0.1≤x≤0.2，首先将磷酸加入去离子水中配制成磷酸溶液，在搅拌状态下加入还原铁粉，反应后得到澄清混合溶液。然后将氢氧化锂溶液加入到上述混合溶液中，待溶液冷却后加入纳米球磨机中，加入氢氧化钴。球磨后加入焦糖溶液，将球磨产物搅拌均匀，喷雾干燥，得到球形磷酸钴铁锂/碳复合材料前驱体粉体，将该前驱粉体在600~700℃氮气气氛中煅烧后，得到锂离子电池用正极材料。本发明专利技术获得的锂离子电池用正极材料表现出了较高的能量密度和良好的循环性能，有望成为新一代高能量密度锂离子电池正极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料学领域，涉及一种锂电池正极材料，具体来说是一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法。
技术介绍
能源危机和环境污染迫使人们寻找新型清洁储能材料，在各种储能材料中，锂离子电池被公认为最理想的电池。为了满足当前市场对动力锂电池的迫切需求，新型高能动力锂电池的研发日益受到人们重视。在各种锂离子电池正极材料中, 磷酸铁锂(LiFePO4)的研究应用得到了很好的发展，知名汽车制造企业比亚迪就是以LiFePO4为动力电池正极材料。但LiFePO4存在着振实密度较低，工作电压低等诸多问题，导致电池能量密度偏低、制造成本偏高，在动力汽车领域难以得到广泛应用。近年来，LiCoPO4作为一种新型的锂离子电池正极材料，其理论放电比容量高达165mAh/g，具有高能量密度、热稳定性好、循环寿命长等优点，且还展现出了4.8V的高放电平台，被誉为“5V”材料。在电动汽车、航空航天和军事工程等对高能量密度电池要求较高的领域有着广阔的应用前景。理论上，磷酸钴锂材料(LiCoPO4)具有有序的橄榄石型结构，属正交晶系，空间群Pnmb，晶胞参数a=5.992Å，b=10.202Å，c=4.699Å。晶体中，O原子呈六方密堆积，P原子占据的是四面体空隙，Li原子和Co原子占据的是八面体空隙；共用边的八面体CoO6在c轴方向上通过PO4四面体连接成链状结构。因为Co-O-P键稳定了LiCoPO4的三维框架结构，当Li+在其中脱出时，材料结构的重排很小，所以结构在Li+脱出过程中保持良好的稳定性，循环寿命较大。在实际应用中，纯相LiCoPO4材料的主要缺点是低的电子传导率和锂离子迁移速率，导致其可逆容量低及循环衰减快等问题。目前主要通过对晶体表面进行碳包覆和掺杂金属离子来提高其导电率。在LiCoPO4颗粒表面包覆碳可以提高其表面和粒子间的电导，降低电化学反应阻抗，同时能够阻止LiCoPO4颗粒的团聚长大，细化其颗粒。但是，碳的加入量过大就会大幅度降低LiCoPO4的振实密度和体积比能量，同时碳源的选择对碳包覆的的效果起关键的作用。金属离子掺杂主要是稳定晶相结构进而改善电化学性能，对LiCoPO4进行金属离子掺杂可以阻止晶格收缩、在材料的晶格内部产生缺陷以及降低电子移动的活化能，进而改善材料电子导电率和锂离子扩散速率，以达到改善材料的电化学性能的目的。但是金属离子掺杂会不同程度的影响LiCoPO4的晶体结构和晶格参数，进而影响LiCoPO4的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，所述的这种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法要解决现有技术中的锂离子电池用磷酸钴锂材料低的电子传导率和锂离子迁移速率，导致可逆容量低及循环衰减快的技术问题。本专利技术提供了上述的一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，其化学式为LiFexCo1-xPO4/C，0.1≤x≤0.2，制备过程包括如下步骤：1)将115重量份的磷酸加入400重量份的去离子水中配制成磷酸溶液，控制溶液温度50~60℃，在搅拌状态下加入5.5~11重量份的还原铁粉反应1~4h后得到混合溶液；2)将42~46重量份的是氢氧化锂溶解在200重量份的去离子水中形成氢氧化锂溶液，再将氢氧化锂溶液加入到步骤1）的混合溶液中，待溶液自然冷却到室温后加入纳米球磨机，然后加入74~83重量份的的氢氧化钴，球磨1~5h后再加入80~160重量份的质量百分比浓度为20%的焦糖溶液，继续球磨0.5~2h，得到球磨产物；3)将球磨产物搅拌均匀，于170~200℃下喷雾干燥，所得到的球形磷酸钴铁锂/碳复合材料前驱体粉体在600~700℃氮气气氛中煅烧8~12h后即得到锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂/碳复合材料。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.1，在氮气气氛中煅烧，处理温度为600℃，处理时间为8h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 5.5份；氢氧化钴 83份；氢氧化锂 42份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 80份。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.15，在氮气气氛中煅烧，处理温度为650℃，处理时间为10h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 8.5份；氢氧化钴 78份；氢氧化锂 44份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 120份。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.2，在氮气气氛中煅烧，处理温度为700℃，处理时间为12h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 11份；氢氧化钴 74份；氢氧化锂 46份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 160份。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.15，在氮气气氛中煅烧，处理温度为600℃，处理时间为12h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 8.5份；氢氧化钴 78份；氢氧化锂 42份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 160份。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.2，在氮气气氛中煅烧，处理温度为650℃，处理时间为8h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 11份；氢氧化钴 74份；氢氧化锂 44份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 80份。进一步的，所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.1，在氮气气氛中煅烧，处理温度为700℃，处理时间为10h，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 5.5份；氢氧化钴 83份；氢氧化锂 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，所述的磷酸钴铁锂的化学式为LiFexCo1‑xPO4/C，0.1≤x≤0.2，其特征在于，包括如下步骤：1）将115重量份的磷酸加入400重量份的去离子水中配制成磷酸溶液，控制溶液温度50~60℃，在搅拌状态下加入5.5~11重量份的还原铁粉反应1~4h后得到混合溶液；2）将42~46重量份的是氢氧化锂溶解在200重量份的去离子水中形成氢氧化锂溶液，再将氢氧化锂溶液加入到步骤1）的混合溶液中，待溶液自然冷却到室温后加入纳米球磨机，然后加入74~83重量份的的氢氧化钴，球磨1~5h后再加入80~160重量份的质量百分比浓度为20%的焦糖溶液，继续球磨0.5~2h，得到球磨产物；3）将球磨产物搅拌均匀，于170~200℃下喷雾干燥，所得到的球形磷酸钴铁锂/碳复合材料前驱体粉体在600~700℃氮气气氛中煅烧8~12h后即得到锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂/碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，所述的磷酸钴铁锂的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，0.1≤x≤0.2，其特征在于，包括如下步骤：1）将115重量份的磷酸加入400重量份的去离子水中配制成磷酸溶液，控制溶液温度50~60℃，在搅拌状态下加入5.5~11重量份的还原铁粉反应1~4h后得到混合溶液；2）将42~46重量份的是氢氧化锂溶解在200重量份的去离子水中形成氢氧化锂溶液，再将氢氧化锂溶液加入到步骤1）的混合溶液中，待溶液自然冷却到室温后加入纳米球磨机，然后加入74~83重量份的的氢氧化钴，球磨1~5h后再加入80~160重量份的质量百分比浓度为20%的焦糖溶液，继续球磨0.5~2h，得到球磨产物；3）将球磨产物搅拌均匀，于170~200℃下喷雾干燥，所得到的球形磷酸钴铁锂/碳复合材料前驱体粉体在600~700℃氮气气氛中煅烧8~12h后即得到锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂/碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，其特征在于：所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.1，在制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 5.5份；氢氧化钴 83份；氢氧化锂 42份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 80份；前驱体粉体在氮气气氛中煅烧，处理温度为600℃，处理时间为8h。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，其特征在于：所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.15，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 8.5份；氢氧化钴 78份；氢氧化锂 44份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 120份；前驱体粉体在氮气气氛中煅烧，处理温度为650℃，处理时间为10h。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，其特征在于：所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.2，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 11份；氢氧化钴 74份；氢氧化锂 46份；磷酸 115份；质量百分比浓度为20%焦糖溶液 160份；前驱体粉体在氮气气氛中煅烧，处理温度为700℃，处理时间为12h。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用正极材料磷酸钴铁锂的制备方法，其特征在于：所述的锂离子电池用正极材料的化学式为LiFexCo1-xPO4/C，x=0.15，制备过程中所用原料按质量份数计算，其组成及含量如下：还原铁粉 8.5份；氢氧化钴 78份；氢氧化锂 42份；磷酸 11...

【专利技术属性】
技术研发人员：常程康，陈雪平，丰平，陈杰，郭倩，郭芸芸，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31