一种锂电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，尤其是一种锂电池正极材料及其制备方法，通过采用磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，制作成锂电池正极材料，其制备工艺简单，能耗低，成本低，而且能够有效的提高电池的电化学性能，延长电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料
，尤其是一种锂电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
当前，锂电池由于其能量密度高、工作温度宽、寿命长等优点，被广泛应用。而对于锂电池来说，其最为重要的组成部分是正极材料，正极材料决定着锂电池的特性，其电极材料性能的好坏，将会影响着锂电池的品质。现有技术中，锂电池的正极材料大多为钴酸锂、锰酸锂或三元材料等，其组分主要是采用活性材料加导电剂，再加粘接剂，使得获得的锂电池具有容量高、循环寿命长的特点，但是锰、钴等资源较为匮乏，价格昂贵，并且具有毒性，容易造成环境的污染；除此之外，现有技术中采用的大多数正极材料，在放电后期，其电压下降速度非常快，使得锂电池在后续难以满足生产应用的需求，极大阻碍了锂电池向前发展；鉴于此，现有技术中出现了磷酸铁锂电池正极材料，其安全性能与使用寿命均较优，但是，磷酸铁锂堆积密度较低，导电性能较差，使得磷酸铁锂在锂电池中应用时，研究者们向其中掺入导电石墨等碳材料，于此，更大程度的导致了磷酸铁锂的堆积密度下降，使得其堆积密度仅仅只有1-1.2g/cm3，相比钴酸锂的堆积密度2-2.4g/cm3来说，其远远不如钴酸锂，使得制作的锂电池的体积较大，难以在实际生产中应用；并且在通过掺杂导电石墨，使得与磷酸铁锂形成点接触，而为了能够使得导电性能较优，使得掺杂量较大，从而使得磷酸铁锂作为原料制备的正极材料的体积也增大。为此，有研究者采用括磷酸铁锂/碳纳米管复合物，并在该复合物表面覆盖石墨烯纳米片，使得磷酸铁锂的振实密度和导电性均得到改善，但是其在制作过程中的成本较高，尤其是在复合物表面覆盖石墨烯纳米片的操作难度较大，成本较高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种锂电池正极材料及其制备方法。具体是通过以下技术方案得以实现的：一种锂电池正极材料，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量份计为磷酸铁锂5-10份、硝酸铁锂2-3份、硫化亚铁1-3份、稀土金属0.00001-0.00005份、粘接剂4-8份。所述的原料，按照重量份计为磷酸铁锂8份、硝酸铁锂2.5份、硫化亚铁2份、稀土金属0.00003份、粘接剂6份。上述的锂电池正极材料制备方法，将硫化亚铁与磷酸铁锂混合后，在惰性气体中采用温度为200-270℃加热处理2-4h，再将其置于硝酸铁锂中，搅拌均匀后，加入稀土金属和粘接剂，混合搅拌3-7h，获得。所述的惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。所述的粘接剂为聚偏氟乙烯与N—甲基吡咯烷酮按照质量比为1:0.15-0.31混合而成的混合物。一种锂电池正极材料制备方法，是将磷酸铁锂与硫化亚铁按照质量比为5-10:2-3混合后，置于温度为180-250℃中，加热处理1-3h后，再将其采用质量浓度为3-7％的硫酸溶液浸泡0.5-1.3h，再将其过滤干燥后，加入硝酸铁锂，硝酸铁锂与硫化亚铁的质量比为2-3:1-3，搅拌10-20min，加入占硫化亚铁质量0.2-0.5％的稀土金属和与硫化亚铁质量比为4-8:1-3的粘接剂，搅拌混合2-3h，获得。与现有技术相比，本专利技术的技术效果体现在：通过采用磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，制作成锂电池正极材料，其制备工艺简单，能耗低，成本低，而且能够有效的提高电池的电化学性能，延长电池的使用寿命。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。以下实施例中的粘接剂的加入量为能够充分将物料混合均匀即可，优选加入量为占二硫化亚铁质量的0.3-0.6倍。实施例1一种锂电池正极材料，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量计为磷酸铁锂5kg、硝酸铁锂2kg、硫化亚铁1kg、稀土金属0.00001kg、粘接剂4kg。上述的锂电池正极材料制备方法，将硫化亚铁与磷酸铁锂混合后，在惰性气体中采用温度为200℃加热处理2h，再将其置于硝酸铁锂中，搅拌均匀后，加入稀土金属和粘接剂，混合搅拌3h，获得。所述的惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。本实施例采用氮气。所述的粘接剂为聚偏氟乙烯与N—甲基吡咯烷酮按照质量比为1:0.15混合而成的混合物。将该正极材料制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为213mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为198mAh·g-1。实施例2一种锂电池正极材料，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量计为磷酸铁锂10kg、硝酸铁锂3kg、硫化亚铁3kg、稀土金属0.00005kg、粘接剂8kg。上述的锂电池正极材料制备方法，将硫化亚铁与磷酸铁锂混合后，在惰性气体中采用温度为270℃加热处理4h，再将其置于硝酸铁锂中，搅拌均匀后，加入稀土金属和粘接剂，混合搅拌7h，获得。所述的惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。本实施例采用的氦气。所述的粘接剂为聚偏氟乙烯与N—甲基吡咯烷酮按照质量比为1:0.31混合而成的混合物。将该正极材料制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为208mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为199mAh·g-1。实施例3一种锂电池正极材料，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量计为磷酸铁锂8kg、硝酸铁锂2.5kg、硫化亚铁2kg、稀土金属0.00003kg、粘接剂6kg。上述的锂电池正极材料制备方法，将硫化亚铁与磷酸铁锂混合后，在惰性气体中采用温度为250℃加热处理3h，再将其置于硝酸铁锂中，搅拌均匀后，加入稀土金属和粘接剂，混合搅拌5h，获得。所述的惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。本实施例采用的是氩气。所述的粘接剂为聚偏氟乙烯与N—甲基吡咯烷酮按照质量比为1:0.23混合而成的混合物。将该正极材料制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为215mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为201mAh·g-1。对比例1仅仅采用磷酸铁锂为原料，并按照实施例1的配比，将磷酸铁锂与稀土金属、粘接剂按照实施例1的制备方法进行加工制作成正极材料，再将其制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为165mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为148mAh·g-1。对比例2仅仅采用二硫化亚铁作为原料，按照实施例2中的配比，将二硫化亚铁与稀土金属、粘接剂按照实施例2的制备方法进行加工制作成正极材料，再将其制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为200mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为150mAh·g-1。对比例3仅仅采用磷酸铁锂、硫化亚铁为原料，按照实施例3的配比，将硫化亚铁、磷酸铁锂、稀土金属、粘接剂混合，按照实施例3的制备方法进行加工制作成正极材料，再将其制作成2025扣式电池，并将其循环充放电性能检测，得出放电比容量为209mAh·g-1，并进行100次循环放电处理后，其放电比容量为167mAh·g-1。综上，由对比例1-3与实施例1-3对正极材料进行制作成扣式电池后，再将其进行循环充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池正极材料，其特征在于，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量份计为磷酸铁锂5‑10份、硝酸铁锂2‑3份、硫化亚铁1‑3份、稀土金属0.00001‑0.00005份、粘接剂4‑8份。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，以磷酸铁锂、硝酸铁锂、硫化亚铁、稀土金属、粘接剂为原料，按照重量份计为磷酸铁锂5-10份、硝酸铁锂2-3份、硫化亚铁1-3份、稀土金属0.00001-0.00005份、粘接剂4-8份。2.如权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述的原料，按照重量份计为磷酸铁锂8份、硝酸铁锂2.5份、硫化亚铁2份、稀土金属0.00003份、粘接剂6份。3.如权利要求1或2所述的锂电池正极材料制备方法，其特征在于，将硫化亚铁与磷酸铁锂混合后，在惰性气体中采用温度为200-270℃加热处理2-4h，再将其置于硝酸铁锂中，搅拌均匀后，加入稀土金属和粘接剂，混合搅拌3-7h，获得。4.如权利要求3所述的锂电池正极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：高羽，朱寅中，徐翔新，高申元，周会俊，程杰，马小波，
申请(专利权)人：贵州玉屏迈威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52