一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，涉及锂离子电池正极材料技术领域，包括以下步骤：按照100∶4.5∶(0.5～4)的质量比取层状介孔石墨相氮化碳粉末g‑C3N4、PVP和糖类物质，加入到去离子水中，分散，得分散液A；按照FePO4∶g‑C3N4＝50∶(0.8～1.5)的质量比，称取FePO4，加入到分散液A中，分散，得分散液B；按照化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入到分散液B中，分散，得分散液C；将分散液C进行超细研磨，经喷雾干燥，再在保护气氛下，经预烧、烧结后，自然冷却，即得。本发明专利技术以g‑C3N4为层状模板及主要碳源，利用PVP优异的分散性能，在磷酸铁锂制程中进行形貌调控及改性，可以大幅度提高磷酸铁锂正极材料的压实及充放电倍率性能。

A preparation method of lithium iron phosphate cathode material with high real power and high power performance under high pressure

The invention discloses a preparation method of lithium iron phosphate positive material with high real and high power performance under high pressure, which relates to the technical field of positive material for lithium-ion battery, including the following steps: according to the mass ratio of 100:4.5: (0.5-4), take the layered mesoporous graphite phase carbon nitride powder g \u2011 C3N4, PVP and sugar substances, add them to deionized water, disperse them, and separate liquid a; according to fepo4:g \u2011 C3N4 = 50: (0.8 to 1.5) mass ratio, called FePO4, added to the dispersant A, dispersing, and dispersing B; according to the stoichiometric ratio Fe: Li = 1: 1, we call the lithium source, add it to the dispersion solution B, disperse, score the dispersion liquid C, disperse the liquid C by ultrafine grinding, spray dry, then in the protective atmosphere, preheat and sintering, then cool down naturally. The invention takes g \u2011 C3N4 as the layered template and the main carbon source, utilizes the excellent dispersion performance of PVP, adjusts and modifies the morphology in the lithium iron phosphate production process, and can greatly improve the compaction and charge discharge rate performance of the lithium iron phosphate positive material.

【技术实现步骤摘要】
一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，随着化石能源对地球环境的影响日益加剧，清洁能源作为替代品已被推广运用。作为清洁能源的代表，新能源电池正逐渐成为乘用车、大巴和储能事业的首选。磷酸铁锂电池因其价格低廉，理论容量较高(约170mAh/g)，工作电压平稳，无毒环保，结构稳定，安全性能好、热稳定性好和超长的循环寿命而成为当前新能源电池研究的热点。就目前开发出的磷酸铁锂产品来看，该材料还存在离子传导率低、导电性能差、压实密度低以及低温性能差等缺点，从而导致能量密度低、加工性能不良等问题，限制了其在动力电池上的广泛应用。针对以上问题，相关研究者通过对磷酸铁锂材料进行纳米化处理和碳包覆来提高材料的倍率性能或压实，但是，绝大多数都只能满足单一的高倍率或高压实性能，难以同时兼顾做到高压实高倍率，并且存在材料碳包覆不均匀，机械加工性能差等问题。如何优化磷酸铁锂制程工艺，在使材料兼具高倍率性能的同时，提高压实密度，是目前重点研究目标。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，是以g-C3N4为层状模板，通过层状模板法获得碳包覆均匀的层状磷酸铁锂成品，可以大幅度提高材料的压实及充放电倍率性能。本专利技术提出的一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按照100∶4.5∶(0.5～4)的质量比取层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4、聚乙烯基吡咯烷酮PVP和糖类物质，加入到去离子水中，分散，得分散液A；S2、按照FePO4∶g-C3N4＝50∶(0.8～1.5)的质量比，称取FePO4，加入到分散液A中，分散，得分散液B；S3、按照化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入到分散液B中，分散，得分散液C；S4、将分散液C进行超细研磨，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，再经预烧、烧结后，自然冷却，得到高压实高倍率性能磷酸铁锂正极材料。优选地，S1中，层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4的厚度为90-120nm；优选地，g-C3N4的制备如下：按照11.5：1的质量比取尿素和硫酸铵，溶于超纯水中，配制固含量为55％的溶液，在65-80℃下干燥19-24h，再经450-600℃管式炉烧结5-8h得到粉末样品，将粉末样品在超纯水中进行超声剥离12h，得到层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4。优选地，S1中，聚乙烯基吡咯烷酮PVP的分子量为8000-16000；优选地，糖类物质为葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉的任意一种或一种以上。优选地，S1中，分散30-50min。优选地，S2中，分散0.5-2h。优选地，S3中，锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的任意一种或两者的混合物。优选地，S3中，分散2-3.5h。优选地，S4中，分散液C超细研磨后的粒度D50为300-400nm。优选地，S4中，保护气氛为高纯氮气、高纯氦气、高纯氩气的一种或一种以上。优选地，S4中，在330-460℃预烧3-5h，680-790℃烧结8-14h。有益效果：本专利技术提出了一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，是以层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4为层状模板，利用PVP优异的分散性能，将g-C3N4和糖类物质均匀分散并包覆在磷酸铁颗粒表面，通过超细研磨粒度的控制，使颗粒间紧密结合在一起，在后期干燥造粒时形成插层式球状前驱体，颗粒密实度较高，在低温烧结下，磷酸铁锂会在层状模板基础上生长形成层状结构，随着温度推移，g-C3N4模板分解并以碳源形式均匀包覆于磷酸铁锂层状结构中，通过该层状模板法获得的磷酸铁锂正极材料，可以大幅度提高材料的压实及充放电倍率性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的磷酸铁锂材料的SEM图；图2为本专利技术对比例制备的磷酸铁锂材料的SEM图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1(1)将尿素、硫酸铵按质量比11.5∶1溶解于超纯水中，配制成固含量55％溶液，于70℃下干燥20h得到干燥料，再将干燥料经570℃管式炉烧结7h得到粉末样品，将粉末样品在超纯水中进行超声剥离12h，得到100nm厚度层状介孔石墨相氮化碳粉末(g-C3N4)；(2)按照质量比100∶4.5∶1称取步骤(1)中的g-C3N4、相对分子量为10000的PVP及葡萄糖，加入到去离子水中分散40min，得分散液A；(3)按照FePO4∶g-C3N4＝50∶1的质量比，称取FePO4，加入到步骤(2)中的分散液A中分散1h，得分散液B，再按化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入分散液B中分散2.5h，得分散液C；(4)将步骤(3)中的分散液C进行超细研磨2h，研磨后的粒度D50＝380nm，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，420℃预烧4h，710℃烧结12h，自然冷却后，得到高压实高倍率性能磷酸铁锂正极材料。图1为本实施例中制备磷酸铁锂的SEM图，从图中可以清晰看出，以g-C3N4为模板制得的磷酸铁锂材料为大小均匀分布的片层结构，并且碳包覆均匀，材料表面没有无定型碳。实施例2(1)将尿素、硫酸铵按质量比11.5∶1溶解于超纯水中，配制成固含量55％溶液，于70℃下干燥20h得到干燥料，再将干燥料经570℃管式炉烧结7h得到粉末样品，将粉末样品在超纯水中进行超声剥离12h，得到100nm厚度层状介孔石墨相氮化碳粉末(g-C3N4)；(2)按照质量比100∶4.5∶0.5称取步骤(1)中的g-C3N4、相对分子量为10000的PVP及葡萄糖，加入到去离子水中分散40min，得分散液A；(3)按照FePO4∶g-C3N4＝50∶1的质量比，称取FePO4，加入到步骤(2)中的分散液A中分散1h，得分散液B，再按化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入分散液B中分散2.5h，得分散液C；(4)将步骤(3)中的分散液C进行超细研磨2h，研磨后的粒度D50＝380nm，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，420℃预烧4h，710℃烧结12h，自然冷却后，得到高压实高倍率性能磷酸铁锂正极材料。实施例3(1)将尿素、硫酸铵按质量比11.5∶1溶解于超纯水中，配制成固含量55％溶液，于70℃下干燥20h得到干燥料，再将干燥料经570℃管式炉烧结7h得到粉末样品，将粉末样品在超纯水中进行超声剥离12h，得到100nm厚度层状介孔石墨相氮化碳粉末(g-C3N4)；(2)按照质量比100∶4.5∶4称取步骤(1)中的g-C3N4、相对分子量为10000的PVP及葡萄糖，加入到去离子水中分散40min，得分散液A；(3)按照FePO4∶g-C3N4＝50∶1的质量比，称取FePO4，加入到步骤(2)中的分散液A中分散1h，得分散液B，再按化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入分散液B中分散2.5h，得分散液C；(4)将步骤(3)中的分散液C进行超细研磨2h，研磨后的粒度D50＝380nm，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，420℃预烧4h，71本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照100∶4.5∶(0.5～4)的质量比取层状介孔石墨相氮化碳粉末g‑C3N4、聚乙烯基吡咯烷酮PVP和糖类物质，加入到去离子水中，分散，得分散液A；S2、按照FePO4∶g‑C3N4＝50∶(0.8～1.5)的质量比，称取FePO4，加入到分散液A中，分散，得分散液B；S3、按照化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入到分散液B中，分散，得分散液C；S4、将分散液C进行超细研磨，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，再经预烧、烧结后，自然冷却，得到高压实高倍率性能磷酸铁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照100∶4.5∶(0.5～4)的质量比取层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4、聚乙烯基吡咯烷酮PVP和糖类物质，加入到去离子水中，分散，得分散液A；S2、按照FePO4∶g-C3N4＝50∶(0.8～1.5)的质量比，称取FePO4，加入到分散液A中，分散，得分散液B；S3、按照化学计量比Fe∶Li＝1∶1，称取锂源，加入到分散液B中，分散，得分散液C；S4、将分散液C进行超细研磨，经喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，将前驱体在保护气氛下，再经预烧、烧结后，自然冷却，得到高压实高倍率性能磷酸铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，S1中，层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4的厚度为90-120nm；优选地，g-C3N4的制备如下：按照11.5：1的质量比取尿素和硫酸铵，溶于超纯水中，配制固含量为55％的溶液，在65-80℃下干燥19-24h，再经450-600℃管式炉烧结5-8h得到粉末样品，将粉末样品在超纯水中进行超声剥离12h，得到层状介孔石墨相氮化碳粉末g-C3N4。3.根据权利要求1或2所述的高压实高倍率性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，刘兴亮，程蒙，汪伟伟，杨茂萍，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34