一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料技术领域，且公开了一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，包括以下配方原料：C‑LiCo

A cathode material of lithium ion battery with iron cobalt lithium phosphate and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料及其制法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体为一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料及其制法。
技术介绍
锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，具有电压高、容量大、消耗低、内阻小、循环次数多等优点、锂离子电池主要由电解液、隔离材料、正负极材料组成，锂离子电池是使用可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极，其中正极材料直接影响锂离子电池的电化学性能。目前锂离子电池正极材料过渡金属氧化物钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等，聚阴离子化合物磷酸铁锂、氟硫酸铁锂等，但是锂离子电池正极材料仍然有很多问题没有解决，如钴酸锂、镍酸锂成本较高、热稳定性差、倍率性能低，降低了锂离子电池的电化学稳定性和循环稳定性从而影响其使用寿命，而磷酸铁锂、氟硫酸铁锂等正极材料氧化还原电位较低、离子导电性较差，降低了锂离子电池能量密度和电容量。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料及其制法，解决过渡金属氧化物钴酸锂正极材料成本较高、热稳定性差、倍率性能低的问题，同时解决了聚阴离子化合物磷酸铁锂等正极材料氧化还原电位较低、离子导电性较差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料：27-39份C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4、60-70份四氢呋喃并噻唑、0.5-1份引发剂、0.5-2份十二烷基硫酸钠，制法包括以及以下实验药品：炔丙基醚、硫单质、过氧化叔丁醇、氯化亚铜、无水N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二氢锂、磷酸铁、氯化钴、葡萄糖、乙二醇、蒸馏水、浓盐酸。优选的，所述四氢呋喃并噻唑分子式为C6H6OS，结构式为制备方法包括以下步骤：(1)向三颈瓶通入N2排除空气，再加入200-800mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次加入炔丙基醚和硫单质搅拌均匀后，再加入过氧化叔丁醇(TBHP)和氯化亚铜，四者的物质的量摩尔比为1:3-5:1.2-1.5:0.1-0.3，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至115-125℃，匀速搅拌反应24-30h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，当炔丙基醚反应完全后，将溶液转移进分液漏斗中，依次加入蒸馏水和乙酸乙酯进行萃取3-5次，取乙酸乙酯有机相通过旋转蒸发仪减压浓缩，浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝10-5:1，将分离得到的含有产物的洗脱剂富集，然后进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物四氢呋喃并噻唑，反应方程式如下：优选的，所述引发剂为过硫酸胺。优选的，所述浓盐酸质量分数为≥92％。优选的，所述C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4为碳包覆的钴掺杂磷酸铁锂，其制备方法包括以下步骤：(1)向行星球磨机中加入适量的无水乙醇，再依次加入磷酸二氢锂、磷酸铁、氯化钴和葡萄糖，四者物质的量摩尔比为1:1.2-1.5:0.18-0.4:8-20，设置球磨机公转速率为45-60rpm，自转速率为620-660rpm，进行球磨2-4h，直至物料通过500目网筛，将物料转移进烧杯中置于鼓风干燥箱中直至完全干燥无水乙醇，将得到的混合物料置于气氛电阻炉中，通入N2，升温速率为5-10℃/min，在650-670℃温度下煅烧6-10h，将煅烧产物依次使用无水乙醇和蒸馏水洗涤干净并置于鼓风干燥箱中加热至至完全干燥，得到碳包覆的钴掺杂磷酸铁锂C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4。优选的，磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料制备方法如下：(1)向水热合成自动反应釜中加入300-1200mL乙二醇，依次加入27-39份C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4和60-70份四氢呋喃并噻唑，搅拌均匀后再加入0.5-1份引发剂过硫酸胺和0.5-2份十二烷基硫酸钠，再缓慢滴加浓盐酸调节pH至4-5，将反应釜温度升为90-110℃，匀速搅拌反应5-8h，反应结束将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到混合固体产物，依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤混合固体产物并置于鼓风干燥箱中充分干燥，得到磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：1、该一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，使用C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4作为正极材料的基体部分，相比于磷酸铁锂，碳包覆Co掺杂的LiFePO4具有优异的电导率和导电性能，促进了电池充放电过程中电荷和Li+离子在正极材料和电解质之间的传导和扩散速率，增强了正极材料脱锂和嵌锂的性能，从而提高了正极材料的功率密度和锂离子电池的电容量，并且Co掺杂进入LiFePO4晶体的晶格缺陷处，使LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4形成稳定的尖晶石正八面体锥形结构，使LiFePO4的结构更加稳定，避免了其在脱锂和嵌锂过程中，由于微量应变效应导致基体损耗甚至坍塌的现象，提高了正极材料的倍率性能和锂离子电池的循环稳定性和使用寿命。2、该一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，使用聚四氢呋喃并噻唑，其掺杂态具有很高的导电性，与C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4的表面形成导电网络结构，并且聚四氢呋喃并噻唑结构中拥有大量的孔隙结构，为电荷和Li+离子提供迁移和扩散通道，进一步提高了正极材料的导电性，从而增强了锂离子电池的充放电性能和电容量，并且聚四氢呋喃并噻唑起到包覆保护作用，避免了LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4直接与电解质接触，而导致其结构损耗，从而增强了正极材料的电化学稳定性和倍率性能，提高了锂离子电池的循环稳定性和使用寿命。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料：27-39份C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4、60-70份四氢呋喃并噻唑、0.5-1份引发剂、0.5-2份十二烷基硫酸钠，制法包括以及以下实验药品：炔丙基醚、硫单质、过氧化叔丁醇、氯化亚铜、无水N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二氢锂、磷酸铁、氯化钴、葡萄糖、乙二醇、蒸馏水、浓盐酸、引发剂为过硫酸胺，浓盐酸质量分数为≥92％。四氢呋喃并噻唑分子式为C6H6OS，结构式为制备方法包括以下步骤：(1)向三颈瓶通入N2排除空气，再加入200-800mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次加入炔丙基醚和硫单质搅拌均匀后，再加入过氧化叔丁醇(TBHP)和氯化亚铜，四者的物质的量摩尔比为1:3-5:1.2-1.5:0.1-0.3，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至115-125℃，匀速搅拌反应24-30h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，当炔丙基醚反应完全后，将溶液转移进分液漏斗中，依次加入蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：27-39份C-LiCo

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：27-39份C-LiCo0.15-0.35Fe0.65-0.85PO4、60-70份四氢呋喃并噻唑、0.5-1份引发剂、0.5-2份十二烷基硫酸钠，制法包括以及以下实验药品：炔丙基醚、硫单质、过氧化叔丁醇、氯化亚铜、无水N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二氢锂、磷酸铁、氯化钴、葡萄糖、乙二醇、蒸馏水、浓盐酸。


2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述四氢呋喃并噻唑分子式为C6H6OS，结构式为制备方法包括以下步骤：
(1)向三颈瓶通入N2排除空气，再加入200-800mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次加入炔丙基醚和硫单质搅拌均匀后，再加入过氧化叔丁醇(TBHP)和氯化亚铜，四者的物质的量摩尔比为1:3-5:1.2-1.5:0.1-0.3，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至115-125℃，匀速搅拌反应24-30h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，当炔丙基醚反应完全后，将溶液转移进分液漏斗中，依次加入蒸馏水和乙酸乙酯进行萃取3-5次，取乙酸乙酯有机相通过旋转蒸发仪减压浓缩，浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝10-5:1，将分离得到的含有产物的洗脱剂富集，然后进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物四氢呋喃并噻唑，反应方程式如下：

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3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述引发剂为过硫酸胺。


4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁钴锂的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述浓盐酸质量分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕清，
申请(专利权)人：王燕清，
类型：发明
国别省市：广东;44