一种磷酸铁锂复合电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种磷酸铁锂复合电极及其制备方法和应用，其磷酸铁锂复合电极的制备过程为：首先通过电化学沉积法在油性溶剂体系中将铝离子沉积在磷酸铁锂电极表面，干燥完毕后得到磷酸铁锂复合电极A，之后在油性溶剂体系中采用电化学沉积法在复合电极A表面沉积锂盐，清洗、干燥后得到磷酸铁锂复合电极B。其制备出材料采用电沉积法沉积的锂盐具有离子导电率高、致密度高、结构稳定性强等优点提高其材料的克容量及其倍率性能，同时依靠中间层沉积泡沫铝导电率高的特性提高其电子传输速率，其制备出的复合电极并应用于磷酸铁锂电池可以提高其锂离子电池的能量密度、倍率性能及其循环性能。

Lithium iron phosphate composite electrode and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of lithium ion battery material preparation, in particular relates to a lithium iron phosphate composite electrode and its preparation method and application. The preparation process of the lithium iron phosphate composite electrode is as follows: firstly, aluminum ions are deposited on the surface of the lithium iron phosphate electrode in an oily solvent system by electrochemical deposition, and phosphorus is obtained after drying. Lithium iron phosphate composite electrode A was deposited on the surface of composite electrode A by electrochemical deposition in an oily solvent system. After cleaning and drying, lithium iron phosphate composite electrode B was obtained. The lithium salts deposited by electrodeposition method have the advantages of high ionic conductivity, high density, strong structural stability, etc. It can improve the capacity and rate performance of the materials. At the same time, it can improve the electron transfer rate by depositing aluminum foam with high conductivity in the middle layer. The composite electrode prepared by electrodeposition method is applied to phosphorus. Ferric lithium battery can improve the energy density, multiplying performance and cycle performance of its lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂复合电极及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种磷酸铁锂复合电极及其制备方法和应用。
技术介绍
磷酸铁锂是近几年发展起来的一种新型正极材料，以其安全性能高、环境友好、价格低廉及其循环寿命长等优点而应用于客车等领域，但是随着国家财政部公布发布了《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，要求磷酸铁锂电池具有更高的能量密度，以达到最高的补贴标准。而磷酸铁锂正极材料是磷酸铁锂的主要组成部分，其性能的的优劣对磷酸铁锂电池的倍率、循环及其能量密度起到关键作用。目前的磷酸铁锂正极材料的克容量普遍在150-160mAh/g，极片压实密度在2.3-2.4g/cm2之间，造成其磷酸铁锂的能量密度偏低，影响其电动汽车的续航里程。而目前提高磷酸铁锂正极材料能量密度的方法主要有：提高材料的的克容量和压实密度，提高材料克容量和压实密度主要方式为掺杂金属元素、材料纳米化及其包覆致密度高、与电解液相容性好的碳等材料。比如专利（CN201310570094.1）公开了一种高容量高压实磷酸铁锂正极材料的生产方法，通过采用多次压实和烧结的方法制备高容量高压实磷酸铁锂正极材料，有效地实现了提高磷酸铁锂压实密度、电化学克容量和循环性能的目的，但是其采用固相法存在包覆层致密度低及其锂离子的传输速率偏低，影响其材料的克容量及其压实密度的进一步提高。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点，本专利技术提供了一种磷酸铁锂复合电极的制备方法，该方法效率高，可以提高磷酸铁锂电极的压实密度，克容量及其倍率性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种磷酸铁锂复合电极的制备方法，采用以下步骤：（1）将1g～5g有机铝盐添加到（10～30）ml苯和（70～90）ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀，然后以压制成型磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，采用电化学沉积法在工作电极上沉积1min～30min，然后清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极A；（2）将1g～5g锂盐添加到100ml的碳酸乙烯酯中搅拌均匀得到有机溶剂体系，之后以磷酸铁锂复合电极A作为工作电极、铂电极作为对电极、饱和甘汞作为参比电极，并采用电化学法在工作电极表面电沉积锂盐，沉积时间1min～30min，完毕后，采用碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂电极B，即为所述的磷酸铁锂复合电极。进一步地，步骤（1）中所述成型磷酸铁锂的制备方法为：首先将80g～95g的磷酸铁锂粉末、5g～20g聚偏氟乙烯和50ml～100ml的N-甲基吡咯烷酮混合均匀后得到黏糊状胶体，之后通过压片机压制成型，干燥完毕后得到块状磷酸铁锂电极。优选地，步骤（1）中所述的铝盐为乙基铝、丁基铝、乙酸铝、甲酸铝、草酸铝和丙酸铝中的一种。优选地，步骤（1）和步骤（2）中所述的电化学沉积法为循环伏安法、恒压法、恒流法和脉冲法中的一种。优选地，步骤（2）中所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、偏铝酸锂、高氯酸锂和锆酸锂中的一种。上述制备方法制备的磷酸铁锂复合电极，其特征在于，所述磷酸铁锂复合电极是由磷酸铁锂及其沉积在表面的铝盐及其锂盐组成，其质量比为：磷酸铁锂：铝盐：锂盐为100：1～5：1～5。上述磷酸铁锂复合电极中的应用，其特征在于，所述的磷酸铁锂电池主要由磷酸铁锂复合电极、石墨负极材料、陶瓷隔膜及其功能性电解液组成。而电化学法具有制备过程快、致密度高、一致性高及其过程容易控制等特点，制备出的材料具有沉积层薄、致密度高，结构稳定性强等优点，如应用于磷酸铁锂制备，可以大幅度提高其材料的振实密度，并提高其材料的克容量及其倍率性能。有益效果（1）本专利技术通过在磷酸铁锂电极A表面沉积铝盐，其铝盐为泡沫铝，并包覆于磷酸铁锂表面，提高磷酸铁锂的电子导电率及其降低其比表面积及其降低活性点，提高其首次效率；同时有机铝盐与磷酸铁锂具有较好的相容性，可以均匀、牢固的沉积在其表面。（2）在最外层通过电化学沉积锂盐，依靠锂盐锂离子导电率高的特性提高其材料在充放电过程中锂离子的传输速率，同时中间层泡沫铝具有纳米孔洞结构，又不影响充放电过程中锂离子的传输速率。（3）本专利技术采用电化学法沉积铝盐和锂盐，具有制备过程快、致密度高、一致性高及其过程容易控制等特点，制备出的材料具有沉积层薄、致密度高，结构稳定性强等优点，如应用于磷酸铁锂制备，可以大幅度提高其材料的振实密度，并提高其材料的克容量及其倍率性能。附图说明图1为实施例与对比例制备出的磷酸铁锂电池的循环曲线图。具体实施方式结合实施例和对比例对本专利技术作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例1块状磷酸铁锂电极的制备方法为：首先将90g的磷酸铁锂粉末、10g聚偏氟乙烯和80ml的N-甲基吡咯烷酮混合均匀后得到黏糊状胶体，并涂覆在泡沫铝上，干燥后并通过压片机在压力为10Mpa的压力下进行压制成型，再在温度为80℃干燥完毕后得到块状磷酸铁锂电极。1）将3g乙基铝添加到20ml苯和80ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀后作为沉积溶液，之后以压制成型块状磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，在沉积溶液中之后采用循环伏安法（电压范围-2V-2V，扫面速率：5mV/s）在工作电极上沉积20min，之后采用0.1mol/L的碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极A；2）将3g氢氧化锂添加到100ml的碳酸乙烯酯中搅拌均匀得到有机溶剂体系，之后以磷酸铁锂复合电极A作为工作电极、铂电极作为对电极、饱和甘汞作为参比电极，并采用循环伏安法（电压范围-2V-2V，扫面速率：5mV/s）在工作电极表面电沉积锂盐，沉积时间20min，完毕后，采用碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极B。实施例2块状磷酸铁锂电极的制备方法为：首先将80g的磷酸铁锂粉末、20g聚偏氟乙烯和50ml的N-甲基吡咯烷酮混合均匀后得到黏糊状胶体，并涂覆在泡沫铝上，干燥后并通过压片机在压力为10Mpa的压力下进行压制成型，再在温度为80℃干燥完毕后得到块状磷酸铁锂电极。1）将1g丁基铝添加到10ml苯和90ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀后作为沉积溶液，之后以压制成型磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，在沉积溶液采用恒压法（电压2V）在工作电极上沉积1min，之后采用0.1mol/L的碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极A；2）将1g碳酸锂添加到100ml的碳酸乙烯酯中搅拌均匀得到有机溶剂体系，之后以磷酸铁锂复合电极A作为工作电极、铂电极作为对电极、饱和甘汞作为参比电极，并采用采用恒压法（电压2V）在工作电极表面电沉积锂盐，沉积时间1min，完毕后，采用碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极B。实施例3块状磷酸铁锂电极的制备方法为：首先将95g的磷酸铁锂粉末、5g聚偏氟乙烯和100ml的N-甲基吡咯烷酮混合均匀后得到黏糊状胶体，并涂覆在泡沫铝上，干燥后并通过压片机在压力为10Mpa的压力下进行压制成型，再在温度为80℃干燥完毕后得到块状磷酸铁锂电极。1）将5g乙酸铝添加到30ml苯和70ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀后作为沉积溶液，之后以压制成型磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，在沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂复合电极的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：（1）将1g～5g有机铝盐添加到（10～30）ml苯和（70～90）ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀，然后以压制成型磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，采用电化学沉积法在工作电极上沉积1min～30min，然后清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极A；（2）将1g～5g锂盐添加到100ml的碳酸乙烯酯中搅拌均匀得到有机溶剂体系，之后以磷酸铁锂复合电极A作为工作电极、铂电极作为对电极、饱和甘汞作为参比电极，并采用电化学法在工作电极表面电沉积锂盐，沉积时间1min～30min，完毕后，采用碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂电极B，即为所述的磷酸铁锂复合电极。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂复合电极的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：（1）将1g～5g有机铝盐添加到（10～30）ml苯和（70～90）ml四氢呋喃的混合有机溶剂中，搅拌均匀，然后以压制成型磷酸铁锂为工作电极、铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，采用电化学沉积法在工作电极上沉积1min～30min，然后清洗、干燥得到磷酸铁锂复合电极A；（2）将1g～5g锂盐添加到100ml的碳酸乙烯酯中搅拌均匀得到有机溶剂体系，之后以磷酸铁锂复合电极A作为工作电极、铂电极作为对电极、饱和甘汞作为参比电极，并采用电化学法在工作电极表面电沉积锂盐，沉积时间1min～30min，完毕后，采用碳酸乙烯酯清洗、干燥得到磷酸铁锂电极B，即为所述的磷酸铁锂复合电极。2.据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述成型磷酸铁锂的制备方法为：首先将80g～95g的磷酸铁锂粉末、5g～20g聚偏氟乙烯和50ml～100ml的N-甲基吡咯烷酮混合均...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂臣，朱涛，
申请(专利权)人：山东丰元化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37