一种锂离子电池正极材料改性的制备方法技术

一种锂离子电池正极材料改性的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域，将锂离子电池正极材料分散到含有分散剂的溶液中均匀分散，搅拌30min；将锂源、铝源、钛源、磷源加入到分散后的溶液中，搅拌混合均匀；将所得混合物料转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，于200~250℃下反应1~3天，过滤，洗涤，干燥；将所得物料在保护气氛下650~800℃烧结1~10h得到快离子导体包覆的高性能正极材料。通过水热的方法能够在正极材料颗粒表面形成均匀、致密的快离子导体的包覆层，不仅抑制电解液对活性物质的腐蚀，而且提升锂离子在脱嵌过程中的速率，降低界面阻抗。该工艺简单易行，符合高性能动力电池材料的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料改性的制备方法
本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体为一种锂离子电池正极材料改性的制备方法。
技术介绍
1997年，随着Padhi等人发现橄榄石结构的LiMPO4(M=Fe，Mn，Co，Ni)具有优良的电化学性能后，电池界引起了一场巨大的轰动。磷酸亚铁锂(LiFePO4)原料来源广泛，成本低，无环境污染，材料结构十分稳定，广泛应用于动力电池的正极材料。由于LiFePO4较低的电导率（10-9S/cm）和锂离子扩散系数（1.8×10-14cm2/s）这些固有的缺点，导致其较差的动力学性能，锂离子在充放电脱嵌的过程中，其在界面的迁移相对困难，影响材料的性能。为了改善材料的性能，国内外研究者已做了大量的相关工作，主要通过碳包覆、离子掺杂、颗粒纳米化、无机锂盐包覆方法等。针对无机盐包覆，研究人员侧重于在磷酸铁锂颗粒表面包覆磷酸盐的离子导体，有助于锂离子的快速脱嵌，改善材料的电化学性能。如中国专利公开号CN120842713A一次性将铁源、磷源、锂源、钒源、铝源和碳源进行混合，经过烧结制备出具有LiFeP2O7、LiAlP2O7和Li3V2(PO4)3这些磷酸盐包覆的磷酸铁锂。如中国专利公开号CN102244241A采用两步法制备焦磷酸锂包覆的磷酸铁锂复合材料。通过一次烧结制备出未包覆碳的磷酸铁锂，而在接下来的混料过程中加入锂源、磷源和碳源，经过二次烧结在磷酸铁锂表面原位生成焦磷酸铁锂。通过对磷酸铁锂颗粒表面进行磷酸锂、焦磷酸锂等包覆，可以有效地改善磷酸铁锂的电化学性能，但是磷酸锂、焦磷酸锂等离子电导率（10-6S/cm）仍然较低，无法进一步发掘磷酸铁锂的性能。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种锂离子电池正极材料改性的制备方法，通过在正极材料颗粒表面进行锂快离子导体（Li3-2x(Al1-xTix)2(PO4)3）包覆，减小锂离子的界面脱嵌阻力，改善锂离子的脱嵌速率，获得更加优异的锂电池正极材料，并且相比于钙钛矿型的快离子导体，本专利技术中使用的快离子导体更加廉价和便宜，不需要昂贵的稀土金属，大幅度地降低了生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种锂离子电池正极材料改性的制备方法，包括以下步骤：1）将锂离子电池正极材料分散到含有分散剂的溶液中均匀分散，搅拌30min；2）将锂源、铝源、钛源、磷源加入到步骤1所得溶液中，搅拌混合均匀；3）将步骤2所得混合物料转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，于200~250℃下反应1~3天，过滤，洗涤，干燥，实现在锂离子电池正极材料表面生成锂快离子导体包覆层；4）将步骤3所得物料在保护气氛下650~800℃烧结1~10h得到快离子导体包覆的高性能正极材料。进一步地，锂离子电池正极材料为含有碳包覆的磷酸铁锂正极材料，分子式为LiFePO4/C，其中碳质量含量在0.5%~5%。进一步地，分散剂为柠檬酸，苹果酸，酒石酸，聚乙酰吡咯烷酮，乙二胺四乙酸，曲拉通，十六烷基三甲基溴化铵，苯磺酸钠，水杨酸中的一种或者多种。进一步地，溶液是去离子水、无水乙醇、异丙醇、丙酮、聚乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或者多种；正极材料的质量占溶液质量的5%~20%；分散剂质量占溶液质量的10%~50%。进一步地，锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、柠檬酸锂、磷酸二氢锂中的一种或几种。进一步地，铝源为氯化铝、硝酸铝、三氧化二铝、硫酸铝、异丙醇铝、叔丁基铝中的一种或多种。进一步地，钛源为二氧化钛、硫酸钛、钛酸四丁酯中的一种或者多种。进一步地，磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中的一种或几种。进一步地，锂快离子导体包覆层的分子式为Li3-2x(Al1-xTix)2(PO4)3，其中，0.6≤x≤1；所述锂快离子导体包覆层的含量占正极材料含量的0.3%~3%。进一步地，保护气氛为氢气、氩气、氮气中的一种或者多种。本专利技术的优点是：通过水热的方法能够在正极材料颗粒表面形成均匀、致密的快离子导体的包覆层，不仅抑制电解液对活性物质的腐蚀，而且提升锂离子在脱嵌过程中的速率，降低锂离子脱嵌的阻力，界面阻抗由18Ω降低至10Ω，在50C下的放电容量由67mAh/g提升至105mAh/g，提升了57%，满足更高要求的动力电池需求。该工艺简单易行，符合高性能动力电池材料的需求。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备快离子导体包覆磷酸铁锂的倍率性能图。图2为本专利技术实施例1中制备快离子导体包覆磷酸铁锂的电化学性能阻抗谱。具体实施方式为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。实施例1称量50g去离子水，加入20g乙二胺四乙酸，形成混合溶液，称取5g含有3%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.038g乙酸锂、0.034g氯化铝、0.13g钛酸四丁酯和0.154g磷酸二氢铵，搅拌1h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，250℃反应2天，自然降温，过滤，洗涤，干燥，将所得样品在氩气下650℃烧结2h，得到快离子导体包覆的磷酸铁锂正极材料。实施例2称量60g异丙醇，加入20g苹果酸，形成混合溶液，称取8g含有2%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.098g乙酸锂、0.0832g异丙醇铝、0.55g钛酸四丁酯和0.29g磷酸，搅拌1h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，230℃反应3天，自然降温，过滤，洗涤，干燥，将所得样品在氩气下750℃烧结1h，得到快离子导体包覆的磷酸铁锂正极材料。实施例3称量40g去离子水，加入10g乙二胺四乙酸，形成混合溶液，称取6g含有0.5%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.043g氢氧化锂、0.082g异丙醇铝、0.49g硫酸钛和0.29g磷酸，搅拌1h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，250℃反应1天，自然降温，过滤，洗涤，干燥，将所得样品在氮气下700℃烧结5h，得到快离子导体包覆的磷酸铁锂正极材料。实施例4称量50g去离子水，加入25g苯磺酸钠，形成混合溶液，称取5g含有1.5%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.025g氢氧化锂、0.024g氯化铝、0.258g钛酸四丁酯和0.29g磷酸，搅拌1h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，250℃反应1天，自然降温，过滤，洗涤，干燥，将所得样品在氮气下700℃烧结5h，得到快离子导体包覆的磷酸铁锂正极材料。实施例5称量40g无水乙醇，加入5g曲拉通，形成混合溶液，称取5g含有1.5%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.012g碳酸锂、0.034g硝酸铝、0.258g钛酸四丁酯和0.027g磷酸二氢铵，搅拌1h，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，220℃反应3天，自然降温，过滤，洗涤，干燥，将所得样品在氮气下500℃烧结5h，得到快离子导体包覆的磷酸铁锂正极材料。实施例6称量60g无水乙醇，加入0.5g苹果酸，形成混合溶液，称取5g含有1.5%碳含量的磷酸铁锂正极材料，均匀地分散在混合溶液中，搅拌30min后，分别加入0.032g乙酸锂、0.018g三氧化二铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料改性的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将锂离子电池正极材料分散到含有分散剂的溶液中均匀分散，搅拌30min；2）将锂源、铝源、钛源、磷源加入到步骤1所得溶液中，搅拌混合均匀；3）将步骤2所得混合物料转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，于200~250℃下反应1~3天，过滤，洗涤，干燥，实现在锂离子电池正极材料表面生成锂快离子导体包覆层；4）将步骤3所得物料在保护气氛下650~800℃烧结1~10h得到快离子导体包覆的高性能正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料改性的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将锂离子电池正极材料分散到含有分散剂的溶液中均匀分散，搅拌30min；2）将锂源、铝源、钛源、磷源加入到步骤1所得溶液中，搅拌混合均匀；3）将步骤2所得混合物料转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，于200~250℃下反应1~3天，过滤，洗涤，干燥，实现在锂离子电池正极材料表面生成锂快离子导体包覆层；4）将步骤3所得物料在保护气氛下650~800℃烧结1~10h得到快离子导体包覆的高性能正极材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料改性的制备方法，其特征在于:所述锂离子电池正极材料为含有碳包覆的磷酸铁锂正极材料，分子式为LiFePO4/C，其中碳质量含量在0.5%~5%。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料改性的制备方法，其特征在于:所述分散剂为柠檬酸，苹果酸，酒石酸，聚乙酰吡咯烷酮，乙二胺四乙酸，曲拉通，十六烷基三甲基溴化铵，苯磺酸钠，水杨酸中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料改性的制备方法，其特征在于:所述溶液是去离子水、无水乙醇、异丙醇、丙酮、聚乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李南平，何国端，赵春松，
申请(专利权)人：西藏容汇锂业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63