一种高容量高压密锂电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高容量高压密锂电池正极材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)将一部分锂盐加入溶剂中，研磨或者破碎至一定粒度；2)将另外一部分锂盐、磷源、铁源、导电剂与步骤1)中的锂盐混合并补加一定量的溶剂进行研磨，然后干燥得到前驱体；3)将步骤2)得到的前驱体在惰性气氛保护下进行烧结，得到锂电池正极材料。本方法先将一部分锂盐研磨至一定粒度，在高温烧结条件下，小颗粒的锂盐反应活性高，会优先发生碳热还原反应，同时会生成快离子导体化合物，提升材料的电子电导率降低阻抗，且有利于得到大小级配、颗粒分散性好的正极材料，从而在提高正极材料的压实密度，同时能保持高的容量。本发明专利技术制备工艺简单，容易实现工业化生产。现工业化生产。现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高容量高压密锂电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种高容量高压密锂电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为新一代绿色高能电池，具有能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等优点而被广泛应用。橄榄石结构阴极材料Li
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MPO4作为新一代锂离子电池正极材料，因其结构稳定，安全性好、热稳定性好，超长的循环寿命，原材料来源丰富而成为当前最具潜力的锂离子电池阴极材料，适合用于电动车、储能电池等方面的规模应用。
[0003]目前受到广泛研究的橄榄石结构阴极材料由于其化合物结构特性，其电子导电率和离子导电率低。通过包覆易导电物质来提高导电性、或合成具有纳米尺寸颗粒的产品以缩短锂离子扩散路径是解决电子导电率低和离子导电率低的主要方法。但是碳包覆处理或纳米化后的Li
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MPO4压实密度低，导致其体积比容量低，一方面增加了电池的成本，另一方面限制了该材料的应用范围。
[0004]目前提高阴极材料Li
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MPO4压实密度的主要方法有:1.通过提高烧结温度或者延长烧结时间，缺点是提高烧结温度后颗粒尺寸增加或者产生杂项，从而导致容量降低。2.通过使用一次颗粒较大的前驱体，缺点是在混料过程中比较难研磨，增加能耗，且前驱体制备难度大。3.通过多次压实或烧结得到压实密度较高的Li
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MPO4，缺点工艺复杂，能耗高，操作性不强。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种高容量高压密锂电池正极材料的制备方法，其核心在于先将一部份锂盐破碎或者研磨至一定粒度，然后将其他物料加入料浆中继续进行研磨，经过干燥烧结得到锂电池正极材料。大小不同粒径的锂盐与与过渡金属的化合物在烧结过程中反应活性不同，从而可以得到大小颗粒不同的正极材料，且小颗粒的锂盐与过渡金属化合物反应更充分，得到正极材料颗粒分散性更好，从而在提高压实密度的同时，样品的容量也能够保持。本方法通过先研磨破碎锂盐，生成大小颗粒级配Li
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MPO4，有利于提高压实密度的同时可保持较高的放电容量。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种高容量高压密锂电池正极材料的制备方法，其步骤包括：
[0008]1)将一部分锂盐加入溶剂中，研磨或者破碎至一定粒度；
[0009]2)将另外一部分锂盐、磷源、铁源、导电剂与步骤1)中的锂盐混合并补加一定量的溶剂进行研磨，然后干燥得到前驱体
[0010]3)将步骤2)得到的前驱体在惰性气氛保护下进行烧结，得到包含快离子导体化合物的锂电池正极材料。
[0011]进一步地，步骤1)将锂盐研磨或者破碎至50～10000nm；步骤2)在球磨机中进行所述研磨，研磨至50～800nm。
[0012]进一步地，步骤1)中锂盐占锂盐总量的5％～95％。
[0013]进一步地，步骤1)和步骤2)中所述锂盐包括：碳酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、草酸锂、甲酸锂、硅酸锂、月桂酸锂、苹果酸锂、柠檬酸锂中的一种或多种。
[0014]进一步地，步骤2)中所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二氨、磷酸二氢锂、磷酸、磷酸铁、焦磷酸、焦磷酸铁、二水合磷酸铁中的一种或多种。
[0015]进一步地，步骤2)所述铁源为磷酸铁、磷酸亚铁、焦磷酸亚铁、焦磷酸铁、氧化亚铁、氧化铁、碱式氧化铁、四氧化三铁、二水合磷酸铁中的一种或多种。
[0016]进一步地，步骤2)中所述的导电剂包括：乙炔黑、石墨、柠檬酸、抗坏血酸、蔗糖、葡萄糖、纤维素、酚醛树脂、CNT、己二酸、PEG、硬脂酸、月桂酸中的一种或多种。
[0017]进一步地，步骤1)中所述的溶剂包括水、有机溶剂或者二者的混合溶液。
[0018]进一步地，步骤3)中所述的快离子导体化合物为铁磷锂化合物，如Fe2P、FeP、Fe3P、Li3PO4、Li4P2O7中的一种或者多种。
[0019]进一步地，步骤3)在730～800℃进行所述烧结，烧结时间优选20～40h。
[0020]本专利技术还提供一种采用上面所述方法制备的高容量高压密锂电池正极材料。
[0021]本专利技术通过先研磨破碎锂盐，控制锂盐的粒径，在烧结反应过程中，小颗粒的锂盐反应活性高，会优先发生碳热还原反应，同时会生成快离子导体化合物，提升材料的电子电导率，降低阻抗，有利于生成单分散性好的大小颗粒级配的正极材料，同时从而提升产品的压实密度、容量。本专利技术的有益效果在于：1、操作简单，工艺简单；2、得到的产品压实密度高，容量高。
附图说明
[0022]图1是本专利技术中实施例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的扫描电镜照片。
[0023]图2是本专利技术中实施例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的容量测试曲线图。
[0024]图3是本专利技术中实施例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的EDS点扫描图。
[0025]图4是本专利技术中实施例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的EIS测试图。其中横坐标表示实部的电化学阻抗，单位为Z'/Ohm，纵坐标表示虚部的电化学阻抗，单位为
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Z”/Ohm。
[0026]图5是对比例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的扫描电镜照片。
[0027]图6是对比例1制备的高容量高压密磷酸铁锂的容量测试曲线图。
[0028]图7是实施例2中的XRD测试结果图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本专利技术做进一步详细说明。
[0030]实施例1：
[0031]取100g碳酸锂加入1000ml水中在高能球磨机上球磨1h，粒度达到1000nm，然后加入500g磷酸铁，25g碳酸锂，35g葡萄糖，再补加1000ml水在高能球磨机上球磨5h后粒径达到200～300nm后，料浆进行喷雾干燥。将干燥好的粉末置于氮气保护的反应炉中，在775℃煅
烧30h，冷却至室温得到LiFePO4/C粉末材料，进行SEM(图1)以及容量测试(图2)。EDS点扫描(图3)，EIS测试(图4)，根据SEM图可见，LiFePO4颗粒大小级配、颗粒单分散性好、表面游离碳少，阻抗低(见图4的EIS测试)，有少量原位包覆的磷化铁(见图3的EDS点扫描)。
[0032]以N
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甲基吡咯烷酮为溶剂，将烧结后所得粉末与导电炭黑和聚偏氟乙烯按照质量比90:5:5搅拌均匀后涂覆于洁净铝箔的表面，刮涂成膜。鼓风干燥后将电极片冲裁成直径8mm的圆片，进一步在真空烘箱中120℃烘干6h除去水分。将制作好的电极片作为半电池的工作电极，金属锂为对电极，用1mol/L LiPF6/乙烯碳酸酯(EC)
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二甲基碳酸酯(DMC)(EC和DMC的质量比1:1)作为电解液，在手套箱中组装成电池并对其电池进行充放电测试，电压范围为2.0
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3.75V，充放电倍率为0.1C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量高压密锂电池正极材料的制备方法，其步骤包括：1)将一部分锂盐加入溶剂中，研磨或者破碎至一定粒度；2)将另外一部分锂盐、磷源、铁源、导电剂与步骤1)中的锂盐混合并补加一定量的溶剂进行研磨，然后干燥得到前驱体；3)将步骤2)得到的前驱体在惰性气氛保护下进行烧结，得到包含快离子导体化合物的锂电池正极材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)将锂盐研磨或者破碎至50～10000nm；步骤2)在球磨机中进行所述研磨，研磨至50～800nm。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中锂盐占锂盐总量的5％～95％。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中所述锂盐包括：碳酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、草酸锂、甲酸锂、硅酸锂、月桂酸锂、苹果酸锂、柠檬酸锂中的一种或多种。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述磷源为磷酸二氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爽洁，余国云，齐帅，王文旭，李海军，孙文斌，张守堂，郑小建，雷敏，杨新河，周恒辉，
申请(专利权)人：北京泰丰先行新能源科技有限公司北大先行科技产业有限公司，
类型：发明
国别省市：