一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，使用水热法，制备出掺杂含铝的磷酸铁锂正极材料，提高磷酸铁锂材料的放电容量和循环性能。该方法是将锂源、磷源、铁源、碳源、铝源在纯水中混合均匀，置于水热反应釜中，在氮气氛围下高温反应，最后干燥、粉碎得到掺杂铝的磷酸铁锂正极材料。经过测试验证，在压实密度、放电容量和循环性能上，掺铝的磷酸铁锂正极材料比不掺杂的有更好的表现。本发明专利技术，简易且可大规模生产，生产出的磷酸铁锂可为新能源电池厂家生产高容量、长寿命磷酸铁锂电池提供优质正极材料。锂电池提供优质正极材料。锂电池提供优质正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源材料
，是一种高压实密度长循环性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]作为新能源电池中占比较大的磷酸铁锂电池，具备高理论容量，高工作电压，高安全性，低成本，寿命长，热稳定性能好，对环境友好等特点，对磷酸铁锂电池而言，为进一步提高其能量密度和循环性能，主流方法是通过材料制备过程工艺改善颗粒粒径、振实密度、压实密度等方面，也可以直接针对材料本身的晶体结构进行改进。如可制备小粒径的磷酸铁锂材料，这样可以提高振实密度和压实密度，进而提高能量密度，但这种方法会增大比表面积，不利于电池电极的加工；改善磷酸铁锂晶体结构，直接从根本上改变其性质，从而获得所需的材料，这种方法主要是通过掺杂金属离子的方式实现。
[0003]磷酸铁锂的晶体是橄榄石型结构，具有高稳定性，在充放电过程中伴随着Li+的嵌入脱出，可维持其基本结构不变，这赋予其高安全性，但也会导致其离子电导率降低，进而表现出低容量，且随着循环的充放电，Li在电池膜界面析出，造成晶体中Li+失位，导致一部分导致循环性能较差。
[0004]为改变这一现象，可以通过掺杂金属离子如Al
3+
改善其性能，Al
3+
的价态和Fe
3+
相当，且不易被还原成Al
2+
，这样在制备磷酸铁锂过程中就造成LiFePO4中铁的位置形成Fe
2+
/Fe
3+
‑‑
AL<br/>3+
混合态，提高了导电性能，降低电阻，进而提高能量密度，另外适当的低浓度掺杂又不会破坏磷酸铁锂的橄榄石结构，这样又可以保持其高稳定性，从而提高了循环性能；另一方面铝价格便宜并不会造成成本的增加，自然的在磷酸铁锂中掺杂铝是一种很好的选择。

技术实现思路

[0005]基于以上技术背景，本专利技术的目的在于提供一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法使用水热法制备颗粒较小，组成成分均匀可控，能同时满足高压实密度和高循环性能的磷酸铁锂正极材料。
[0006]本专利技术的技术方案是通过以下方式实现的：一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：A）、前驱体溶液的制备：按照摩尔比称取可溶性锂源:铁源:磷源=(1.01~1.03)：1：1依次加入反应釜中，再按照质量百分比，预生产的磷酸铁锂:碳源:铝源=(100
‑
x
‑
y)：x：y，x值为1~2，y值为0~1，添加辅料，搅拌1
‑
5h混合均匀，即为前驱体溶液；B）、水热法磷酸铁锂的制备：将步骤A）中前驱体溶液转入在惰性气体氛围的水热反应釜中，在100
‑
180℃温度下保温2
‑
12h，待冷却至室温为固体，再将固体过滤，后在100
‑
200℃温度下下，真空干燥4
‑
10h形成此磷酸铁锂，再将此磷酸铁锂进行粉碎，粉碎粒径D50为1
‑
5μm，即为所制备的掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料。
[0007]优选的，上述步骤A）中所述锂源为氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、醋酸锂中的一种或多种；所述铁源为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种；所述磷源为磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的一种或多种。
[0008]优选的，上述步骤A）中所述碳源为葡萄糖、蔗糖、PEG、炭黑中的一种或多种；优选的，上述步骤A）中所述铝源为纳米级氧化铝、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝中的一种或多种。
[0009]优选的，上述步骤B）中所述惰性气体为氮气、氩气、二氧化碳中的一种或多种。
[0010]本专利技术，制备的磷酸铁锂材料能够同时满足高压实密度和良好的循环性能，是制备高能量密度及长循环性能的磷酸铁锂电池的优良正极材料。经过测试验证，在压实密度、放电容量和循环性能上，掺铝的磷酸铁锂正极材料比不掺杂的有更好的表现。本专利技术提供的掺杂铝的磷酸铁锂制备方法，简易且可大规模生产，生产出的磷酸铁锂可为新能源电池厂家生产高容量、长寿命磷酸铁锂电池提供优质正极材料。
附图说明
[0011]附图1为本专利技术实施例1中不掺杂铝的LiFePO4/C的SEM图。
[0012]附图2为本专利技术实施例1中掺杂0.3%铝的LiFePO4/C的SEM图。
[0013]附图3为本专利技术实施例1中不掺杂铝的磷酸铁锂正极材料电池常温0.2C循环数据图。
[0014]附图4为本专利技术实施例1中掺杂0.3%铝的磷酸铁锂正极材料电池常温0.2C循环数据图。
具体实施方式
[0015]实施例1一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，有以下步骤A、前驱体溶液的制备：在反应釜中，按锂源:铁源:磷源=1.03：1：1，加入103mol 1mol/L的氢氧化锂，100mol 1mol/L的硫酸亚铁，100mol 1mol/L的磷酸溶液，然后按照质量百分比预生产的磷酸铁锂:PEG:纳米氧化铝=97.7：2：0.3，添加辅料，搅拌2h混合均匀，即为掺杂0.3%纳米氧化铝的前驱体溶液。
[0016]另按照上述相同工艺不添加铝制备的前驱体溶液为前驱体溶液（一）。
[0017]B、水热法磷酸铁锂的制备保持氮气氛围，将掺杂0.3%氧化铝的前驱体溶液转入水热反应釜中，在180℃保温10h，待冷却至室温形成固体，将固体过滤，然后在100℃下，真空干燥10h形成磷酸铁锂，将其进行粉碎，粉碎粒径D50为1
‑
5μm，即为所制备的掺杂铝的磷酸铁锂正极材料。
[0018]使用相同工艺得到不掺杂铝的磷酸铁锂正极材料（一）。
[0019]附图1为不添加铝的磷酸铁锂形貌图，图2为掺杂0.3%铝的磷酸铁锂形貌图。
[0020]测试不含氧化铝及含0.3%铝的材料的压实密度，分别为2.23g/cm3、2.31g/cm3，分
别以此材料制作电池测试充放电性能，得到电池容量分别为160.4mAh、162.5mAh。从数据中表明在相同条件下掺杂0.3%铝的磷酸铁锂正极材料具有更高的压实密度和放电容量。
[0021]分别以不含铝的磷酸铁锂和掺杂0.3%铝的磷酸铁锂作为正极材料制作电池，进行常温0.2C循环测试，具体数据见下图3和图4，从数据中可知掺杂0.3%铝的磷酸铁锂循环次数约为3200次，不掺杂铝釜磷酸铁锂循环次数约为2200次，说明掺杂0.3%铝的磷酸铁锂材料极大提高了循环性能。
[0022]从以上数据可知，掺杂0.3%纳米氧化铝的磷酸铁锂正极材料具有高能量密度和长循环性能。
[0023]实施例2A、前驱体溶液的制备：在反应釜中，按锂源:铁源:磷源=1.02：1：1，加入102mol 1.5mol/L的氯化锂，100mol 1.5mol/L的氯化亚铁，100mol 1.5mol/L的磷酸二氢铵溶液，然后按照质量百分比预生产的磷酸铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A）、前驱体溶液的制备：按照摩尔比称取可溶性锂源:铁源:磷源=1.01~1.03：1：1依次加入反应釜中，再按照质量百分比，预生产的磷酸铁锂:碳源:铝源=100
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x
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y：x：y，x值为1~2，y值为0~1，添加辅料，搅拌1
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5h混合均匀，即为前驱体溶液；B）、水热法磷酸铁锂的制备：将步骤A）中前驱体溶液转入在惰性气体氛围的水热反应釜中，在100
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180℃温度下保温2
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12h，待冷却至室温为固体，再将固体过滤，后在100
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200℃温度下下，真空干燥4
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10h形成此磷酸铁锂，再将此磷酸铁锂进行粉碎，粉碎粒径D50为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁建民，
申请(专利权)人：江苏乐能电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：