一种磷酸亚铁锂材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸亚铁锂材料，包括磷酸亚铁锂基质，所述磷酸亚铁锂基质表面包覆有无定形碳，所述磷酸亚铁锂基质表面掺杂有阳离子钒。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术所述的磷酸亚铁锂材料颗粒表面通过有机物高温裂解的方法包覆3%的无定性碳，原位的包覆技术使无定性碳层与材料颗粒表面有良好的物理附着力，无定性碳层的包覆显著提高了颗粒表面的导电性。另一方面，本发明专利技术通过阳离子V的掺杂，在材料晶体结构中形成阳离子空位，提高锂离子在晶体结构中扩散速度，减小电化学极化，从而提高材料的功率特性和循环稳定性，并提高了材料的容量发挥。性能优化后的LiFePO4材料，1C的克容量发挥从110mAh/g提高到144mAh/g.并具有优异的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸亚铁锂材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体来说，涉及一种磷酸亚铁锂材料及其制备方法。
技术介绍
随着锂离子电池在电动大巴、乘用车等领域的应用，电池的安全性能和循环寿命严重影响着电动车市场的推进速度。各电池材料企业开发先进技术来提高电池的安全性能和使用寿命。磷酸亚铁锂，化学式：LiFePO4，为近来新开发的锂离子电池电极材料，主要用于动力锂离子电池，作为正极活性物质使用，磷酸亚铁锂材料则以其高安全性、长寿命在电动电池元材料领域占据举足轻重的地位。现有技术中的磷酸亚铁锂材料，锂离子的扩散速度不够高，材料的功率特性和循环稳定性不好，材料的容量发挥不够高。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种磷酸亚铁锂材料，显著提高了LiFePO4材料的功率性能、循环性能、比容量，本专利技术还提供了上述磷酸亚铁锂材料的制备方法。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种磷酸亚铁锂材料，包括磷酸亚铁锂基质，所述磷酸亚铁锂基质表面包覆有无定形碳，所述磷酸亚铁锂基质表面掺杂有阳离子钒。进一步地，所述无定形碳的包覆量为磷酸亚铁锂基质的2~5wt%。进一步地，所述阳离子钒的掺杂量为磷酸亚铁锂基质的3mol%。本专利技术的另一方面，提供了一种磷酸亚铁锂材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将磷酸二氢锂、铁源材料按摩尔比为0.90～1.20∶1的比例进行配制，加入可碳化无机物和含钒无机物，球磨至纳米级或亚微米级，其中，所述含钒无机物为V2O5、V2O4、V2O3、VO、钒酸、钒酸铵中的一种或几种；S2.将球磨后的浆料进行干燥；S3.将步骤S2.所得干燥物用球磨机在100～400rpm转速下球磨1～10h制得前躯体；S4.将所述前驱体在保护气保护状态下于管式炉或箱式炉或回转炉或隧道窑中200～400℃下预烧2～12小时，升温到500～800℃并恒温8～36小时，然冷却至室温；S5.将上一步所得材料用球磨机在100～400rpm转速下球磨1～10小时至要求的粒度，或用粉碎机粉碎至要求的粒度；S6.将上一步所得材料进行机械振实处理，即得复合磷酸亚铁锂。进一步地，所述含钒无机物为V2O5。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的磷酸亚铁锂材料颗粒表面通过有机物高温裂解的方法包覆3%的无定性碳，原位的包覆技术使无定性碳层与材料颗粒表面有良好的物理附着力，无定性碳层的包覆显著提高了颗粒表面的导电性。另一方面，本专利技术通过阳离子V的掺杂，在材料晶体结构中形成阳离子空位，提高锂离子在晶体结构中扩散速度，减小电化学极化，从而提高材料的功率特性和循环稳定性，并提高了材料的容量发挥。性能优化后的LiFePO4材料，1C的克容量发挥从110mAh/g提高到144mAh/g.并具有优异的循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是实施例一至实施例五中所得到的5中磷酸亚铁锂材料的1C循环性能测试结果曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一准确称取磷酸二氢锂120克、三氧化二铁87克、葡萄糖10克、五氧化二钒3克，边搅拌边加入400ml乙醇中，然后使用行星式球磨机在200rpm转速下球磨10小时；制得的浆料在200℃下搅拌烘干；将上述干燥物用行星式球磨机以氧化锆球为球磨介质在300rpm转速下球磨3小时制得前躯体；前驱体在氮气保护下于箱式炉300℃下预烧6小时，然后升温到700℃并恒温10小时，自然冷却至室温；将上述烧成物用行星式球磨机在200rpm转速下球磨3小时；将所得材料用振实机进行机械振实处理，即可得复合磷酸亚铁锂材料。实施例一制得的复合磷酸亚铁锂材料粒度d50＝10.23μm、比表面积为20.314m2/g，振实密度为1.22g/ml。模拟电池的电化学性能测试在新威尔电池检测系统上进行，用于电性能测试的钮扣式模拟电池的正极由实施例一制得的复合磷酸亚铁锂材料样品、导电剂、粘结剂PVdF按照质量比90∶5∶5的比例，以N-甲基吡咯烷酮NMP作溶剂混合均匀后涂于Al箔上，110℃干燥10小时后，辗压并冲片，在氩气保护的布劳恩MBRAUN手套箱中进行模拟电池组装，以金属锂片为负极，隔膜是Celgard2400，电解液为1mol·L-1LiPF6/DMC+DEC+EC(体积比为1∶1∶1)，分别以0.1C和1.0C的充放电电流密度充放电，充放电电压为2.5-4.2V、在4.2V时恒流至0.01mA和0.03mA。复合磷酸亚铁锂材料的0.1C首次放电容量为153mAh/g，首次效率为95.0％，1C放电首次容量为144mAh/g，1C放电保持率94%。实施例二准确称取磷酸二氢锂120克、三氧化二铁87克、葡萄糖10克、五氧化二钒2克，边搅拌边加入400ml乙醇中，然后使用行星式球磨机在200rpm转速下球磨10小时；制得的浆料在200℃下搅拌烘干；将上述干燥物用行星式球磨机以氧化锆球为球磨介质在300rpm转速下球磨3小时制得前躯体；前驱体在氮气保护下于箱式炉350℃下预烧6小时，然后升温到700℃并恒温10小时，自然冷却至室温；将上述烧成物用行星式球磨机在200rpm转速下球磨3小时；将所得材料用振实机进行机械振实处理，即可得复合磷酸亚铁锂材料。实施例二制得的复合磷酸亚铁锂材料粒度d50＝9.5μm、比表面积为18.1m2/g，振实密度为1.18g/ml。模拟电池的电化学性能测试在新威尔电池检测系统上进行，用于电性能测试的钮扣式模拟电池的正极由实施例二制得的复合磷酸亚铁锂材料样品、导电剂、粘结剂PVdF按照质量比90∶5∶5的比例，以N-甲基吡咯烷酮NMP作溶剂混合均匀后涂于Al箔上，110℃干燥10小时后，辗压并冲片，在氩气保护的布劳恩MBRAUN手套箱中进行模拟电池组装，以金属锂片为负极，隔膜是Celgard2400，电解液为1mol·L-1LiPF6/DMC+DEC+EC(体积比为1∶1∶1)，分别以0.1C和1.0C的充放电电流密度充放电，充放电电压为2.5-4.2V、在4.2V时恒流至0.01mA和0.03mA。复合磷酸亚铁锂材料的0.1C首次放电容量为146mAh/g，首次效率为94.0％，1C放电首次容量为124mAh/g，1C放电保持率85%。实施例三准确称取磷酸二氢锂120克、三氧化二铁87克、葡萄糖10克、五氧化二钒1克，边搅拌边加入400ml乙醇中，然后使用行星式球磨机在200rpm转速下球磨10小时；制得的浆料在200℃下搅拌烘干；将上述干燥物用行星式球磨机以氧化锆球为球磨介质在300rpm转速下球磨3小时制得前躯体；前驱体在氮气保护下于箱式炉350℃下预烧6小时，然后升温到700℃并恒温10小时，自然冷却至室温；将上述烧成物用行星式球磨机在200rpm转速下球磨3小时；将所得材料用振实机进行机械振实处理，即可得复合磷酸亚铁锂材料。实施例三制得的复合磷酸亚铁锂材料粒度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸亚铁锂材料，其特征在于，包括磷酸亚铁锂基质，所述磷酸亚铁锂基质表面包覆有无定形碳，所述磷酸亚铁锂基质表面掺杂有阳离子钒。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸亚铁锂材料，其特征在于，包括磷酸亚铁锂基质，所述磷酸亚铁锂基质表面包覆有无定形碳，所述磷酸亚铁锂基质表面掺杂有阳离子钒。2.根据权利要求1所述的一种磷酸亚铁锂材料，其特征在于，所述无定形碳的包覆量为磷酸亚铁锂基质的2~5wt%。3.根据权利要求1所述的一种磷酸亚铁锂材料，其特征在于，所述阳离子钒的掺杂量为磷酸亚铁锂基质的3mol%。4.一种磷酸亚铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将磷酸二氢锂、铁源材料按摩尔比为0.90～1.20∶1的比例进行配制，加入可碳化无机物和含钒无机物，球磨至纳米级或亚微米级，其中，所述含钒无机物为V2O5、V2O4、V2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙磊，安富强，
申请(专利权)人：山西长征动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14