正极材料制备方法、正极材料以及电池技术

本发明专利技术揭示了一种正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将锂源、锰源、铁源、磷源按照Li、Mn、Fe、P的物质的量比1：x：1-x：1混合，其中0≤x＜1，所述铁源包括第一铁源和第二铁源，所述第一铁源和所述第二铁源的物质的量比范围为2:8-8:2；混合后产物在惰性气氛下进行预烧，得到预烧产物；将预烧产物与碳源混合，置于惰性气氛下烧结。通过本发明专利技术的制备方法可以降低成本并得到均一的正极材料。本发明专利技术还揭示了一种正极材料以及一种电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池领域，具体涉及一种正极材料的制备方法。本专利技术还涉及一种正极材料以及使用该正极材料的电池。
技术介绍
20世纪80年代科学家们为寻找环境友好型的新能源材料,在锂原电池的基础上发展了可充放电的锂二次电池。由于正极材料是公认的锂离子电池中最为关键的材料,其性能好坏将直接影响电池各项性能(储能密度、循环寿命、安全性等),所以其发展也最值得关注。在Goodenough等提出层状钴酸锂(LiCoO2)作为正极材料并由Sony公司在1990年实现商品化应用以后，人们相继发现了其它的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂(LiFePO4)作为一种新型锂离子电池正极材料，较其他锂离子电池材料(锰酸锂，镍钴锰酸锂等)相比，拥有环境无污染、价格低廉、循环寿命长及安全性高等明显优势，因而成为小型电子设备、电动工具、动力电池及未来大型储能设备的首选材料。但是LiFePO4存在离子和电子导电率较低(约10-9S·cm-1)、放电电压平台较低(约3.4V)的固有缺陷。此外，工业生产中一般采用价格较昂贵的FeC2O4作为铁源，是制约LiFePO4生产成本降低的重要因素。近年来，为提高LiFePO4放电电压平台，将LiFePO4一部分或者全部铁使用锰替换获得磷酸铁锰锂(LiMnxFe1-xPO4,0＜x＜1)，此正极材料也得到的广泛的研究，锰的价态转换可获得4.1V的放电电压平台，但是其离子和电子电导率更低(约10-10S·cm-1)的缺点限制了目前的商业化运用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种正极材料的制备方法，该方法可以改善正极材料的颗粒形貌，从而提高其电化学性能。本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将锂源、锰源、铁源、磷源按照Li、Mn、Fe、P的物质的量比1：x：1-x：1混合，其中0≤x＜1，所述铁源包括第一铁源和第二铁源，所述第一铁源和所述第二铁源的物质的量比范围为2:8-8:2；混合后产物在惰性气氛下进行预烧，得到预烧产物，预烧温度为300～550℃，预烧时间为2～20h；将预烧产物与碳源混合，置于惰性气氛下烧结，烧结温度为600～900℃，烧结时间为2～20h。优选地，所述第一铁源和所述第二铁源分别选自草酸亚铁、草酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、硝酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁、氧化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁中的一种。优选地，所述第一铁源与所述第二铁源的物质的量比范围为1:2-2:1。优选地，所述锂源为碳酸锂、磷酸二氢锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氟化锂中的至少一种；所述锰源为氯化亚锰、草酸亚锰、硫酸锰、硝酸锰、三氧化为锰、四氧化三锰、二氧化锰、氧化亚锰、醋酸锰中的至少一种；所述磷源为磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铁中的至少一种；所述碳源为糖类、油脂、有机酸、有机酸酯和小分子醇中的至少一种。优选地，所述碳源与所述预烧产物的质量比范围为0.01～0.2。优选地，所述第一铁源为草酸亚铁，所述第二铁源为硫酸亚铁。优选地，所述碳源与所述预烧产物的质量比为0.1，所述第一铁源与所述第二铁源的物质的量比为1:1。优选地，所述碳源与所述预烧产物的质量比为0.15，所述第一铁源与所述第二铁源的物质的量比为1:2。与现有技术相比，本方法制备的正极材料具有均一的颗粒形貌；并且通过选取不同的铁源作为原材料，存在降低生产成本的空间，有利于工业化生产。本专利技术还提出了一种正极材料，所述正极材料通过上述方法制备而得。与现有技术相比，本专利技术提出的正极材料颗粒形貌均一且可控，生产成本更低。本专利技术还提出了一种电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括上述正极材料。与现有技术相比，本专利技术提出的电池表现出较高的放电比容量，以及优秀的循环性能和倍率性能。附图说明：图1为实施例1-3和对比例1-2中合成的磷酸铁锂的XRD图；图2为实施例4-6和对比例3-4中合成的磷酸铁锂的XRD图；图3为实施例7和对比例5-6中合成的磷酸铁锰锂的XRD图；图4为对比例1中制备的磷酸铁锂的SEM图；图5为实施例2中制备的磷酸铁锂的SEM图；图6为对比例2中制备的磷酸铁锂的SEM图；图7为实施例3中制备的磷酸铁锂的SEM图；图8为实施例1中制备的磷酸铁锂的SEM图；图9为对比例5中制备的磷酸铁锰锂的SEM图；图10为对比例6中制备的磷酸铁锰锂的SEM图；图11为实施例7制备的磷酸铁锰锂的SEM图；图12为实施例1中合成的磷酸铁锂的碳含量热重测试分析图；图13为对比例1合成的磷酸铁锂组成的电池在不同电流下的充放电压与比容量的关系曲线；图14为实施例2合成的磷酸铁锂组成的电池在不同电流下的充放电压与比容量的关系曲线；图15为对比例2合成的磷酸铁锂组成的电池在不同电流下的充放电压与比容量的关系曲线；图16为实施例3合成的磷酸铁锂组成的电池在不同电流下的充放电压与比容量的关系曲线；图17为实施例1合成的磷酸铁锂组成的电池在不同电流下的充放电压与比容量的关系曲线；图18为实施例1-3和对比例1-2合成的磷酸铁锂组成的电池比容量与循环次数的关系曲线；图19为实施例4-6和对比例3-4合成的磷酸铁锂组成的电池比容量与循环次数的关系曲线；图20为对比例5合成的磷酸铁锰锂组成的电池首次充放电的电压与比容量的关系曲线；图21为对比例6合成的磷酸铁锰锂组成的电池首次充放电的电压与比容量的关系曲线；图22为实施例7合成的磷酸铁锰锂组成的电池首次充放电的电压与比容量的关系曲线。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出了一种正极材料的制备方法，所述制备方法具有以下步骤：将锂源、锰源、铁源、磷源按照Li、Mn、Fe、P的物质的量比1：x：1-x：1混合，其中0≤x＜1，所述铁源包括第一铁源和第二铁源，所述第一铁源和所述第二铁源的物质的量比范围为2:8-8:2；混合后产物在惰性气氛下进行预烧，得到预烧产物，预烧温度为300～550℃，预烧时间为2～20h；将预烧产物与碳源混合，置于惰性气氛下烧结，烧结温度为600～900℃，烧结时间为2～20h。本专利技术的制备方法包括两种情况，分别对应磷酸铁锂的制备方法和磷酸铁锰锂的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将锂源、锰源、铁源、磷源按照Li、Mn、Fe、P的物质的量比1：x：1‑x：1混合，其中0≤x＜1，所述铁源包括第一铁源和第二铁源，所述第一铁源和所述第二铁源的物质的量比范围为2:8‑8:2；混合后产物在惰性气氛下进行预烧，得到预烧产物，预烧温度为300～550℃，预烧时间为2～20h；将预烧产物与碳源混合，置于惰性气氛下烧结，烧结温度为600～900℃，烧结时间为2～20h。

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将锂源、锰源、铁源、磷源按照Li、Mn、Fe、P的物质的量比1：x：1-x：
1混合，其中0≤x＜1，所述铁源包括第一铁源和第二铁源，所述第一铁源和
所述第二铁源的物质的量比范围为2:8-8:2；
混合后产物在惰性气氛下进行预烧，得到预烧产物，预烧温度为300～550℃，
预烧时间为2～20h；
将预烧产物与碳源混合，置于惰性气氛下烧结，烧结温度为600～900℃，
烧结时间为2～20h。
2.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述第一铁源
和所述第二铁源分别选自草酸亚铁、草酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、硝酸亚铁、
硝酸铁、磷酸铁、氧化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁中的一种。
3.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述第一铁源
与所述第二铁源的物质的量比范围为1:2-2:1。
4.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述锂源为碳
酸锂、磷酸二氢锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氟化锂中的至少一种；所<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春华，邹邦坤，胡郅虬，马小航，程涛，
申请(专利权)人：苏州艾美得新能源材料有限公司，陈春华，
类型：发明
国别省市：江苏;32