一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法及高性能锂电池技术

本发明专利技术公开了一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法及使用该方法合成的材料所组装的高性能锂电池，通过选择合适的磷源、锂源、铁源和碳源，结合不同混合方法以及高温煅烧过程，制备得到球形的磷酸铁锂材料。所制备的球形磷酸铁锂材料具有空心结构，这种空心球结构能够充分与电解液接触，提供快速的锂离子迁移通道，具有高放电容量以及较小的阻抗，宏观表现为优良的电化学可逆性和动力学行为。为优良的电化学可逆性和动力学行为。为优良的电化学可逆性和动力学行为。

【技术实现步骤摘要】
一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法及高性能锂电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法及高性能锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池掀起了储能技术的革命，在化学电源的发展进程中充当着非常重要的角色。锂离子电池正极材料的电化学表现能充分影响整个锂离子电池的性能。在正极材料中，钴酸锂(LiCoO2)占据着便携式电子产品的主要市场，但钴资源稀缺，价格昂贵，应用领域受到限制；三元材料(NCM、NCA)目前已在新能源电动汽车领域大规模应用，但安全性不够高；放电平台略低的磷酸铁锂(LiFePO4)具有出类拔萃的安全性、环境友好性和低成本的特点，是非常具有潜力的发展对象。
[0003]球形磷酸铁锂材料通常具有优秀的电化学表现。传统的球形磷酸铁锂颗粒常采用水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法和喷雾干燥法合成，然而工业上大都采用低成本的固相法来合成磷酸铁锂。采用低成本的路径来合成高性能的材料是更易被接受和推广的。因此，通过对材料进行筛选有望实现基于无模板添加剂的固相法制备球形磷酸铁锂材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂空心球的固相合成方法及使用通过该方法制备的空心球磷酸铁锂材料，可以得到高倍率性能的锂电池。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0006]磷酸铁锂空心球的固相法合成方法，通过混匀锂源、铁源、磷源、碳源，得到前驱体；高温煅烧前驱体得到具有空心球结构的磷酸铁锂材料。
[0007]可选的，用于固相法合成磷酸铁锂空心球的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硝酸锂、磷酸锂中的一种或几种。
[0008]可选的，用于固相法合成磷酸铁锂空心球的铁源为草酸亚铁、碳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁中的一种或几种。
[0009]可选的，用于固相法合成磷酸铁锂空心球的磷源为磷酸二氢铵、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种。
[0010]可选的，用于固相法合成磷酸铁锂空心球的碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉、聚偏氟乙烯、乙炔黑、炭黑中的一种或几种。
[0011]可选的，用于固相法合成磷酸铁锂空心球的混匀材料的方法为湿法高能球磨、干法高能球磨、湿法行星式球磨、干法行星式球磨、研磨中的一种或几种。
[0012]高性能锂电池，包括：正极、负极，其特征在于：所述正极为采用如权利要求1至6任一项所述的方法制备得到的空心球状磷酸铁锂材料。
[0013]可选的，所述负极材料为石墨、碳
‑
硅复合材料、金属锂、石墨烯、氧化石墨烯、钛酸锂中的一种。
[0014]通过以上技术方案可知，本专利技术通过对低成本的固相法合成步骤的优化，基于聚合物在温度场下的内聚行为，在传统磷酸铁锂材料的合成中引入了聚合物原料，制备了具有空心球结构的磷酸铁锂，这种空心球结构的磷酸铁锂能够提供快速锂离子迁移通道，表现出优秀的电化学行为。
附图说明
[0015]图1为实施例1与对比例1～对比例3中所制备得到的磷酸铁锂材料的扫描电镜形貌对比图。
[0016]图2为实施例1中所制备得到的磷酸铁锂材料截面的扫描电镜形貌图。
[0017]图3为实施例1与对比例4和对比例5中所制备得到的磷酸铁锂材料的扫描电镜形貌对比图。
[0018]图4为实施例6中所组装的锂电池与对比例8～对比例10中所组装的锂电池的在0.1C倍率下的恒电流充放电循环性能对比图。
[0019]图5为实施例6中所组装的锂电池与对比例11和对比例12中所组装的锂电池的在0.1C倍率下恒电流充放电循环性能对比图。
[0020]图6为实施例6中所组装的锂电池与对比例8中所组装的锂电池的电化学阻抗对比图。
[0021]图7为实施例6中所组装的锂电池与对比例8中所组装的锂电池的循环伏安对比图。
[0022]图8为实施例6中所组装的锂电池与对比例8、对比例11和对比例12中所组装的锂电池的在10C倍率下的恒电流充放电循环性能对比图。
[0023]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步详细说明。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显展示，下面特举本专利技术实施例做详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。
[0025]本专利技术思路为混匀锂源、铁源、磷源、碳源，得到前驱体；高温煅烧前驱体得到具有空心球结构的磷酸铁锂材料。
[0026]本专利技术所用于固相法合成磷酸铁锂空心球的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硝酸锂、磷酸锂中的一种或几种。
[0027]本专利技术所用于固相法合成磷酸铁锂空心球的铁源为草酸亚铁、碳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁中的一种或几种。
[0028]本专利技术所用于固相法合成磷酸铁锂空心球的磷源为磷酸二氢铵、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种。
[0029]本专利技术所用于固相法合成磷酸铁锂空心球的碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉、聚偏氟乙烯、乙炔黑、炭黑中的一种或几种。
[0030]本专利技术所用于
[0031]固相法合成磷酸铁锂空心球的混匀材料的方法为湿法高能球磨、干法高能球磨、湿法行星式球磨、干法行星式球磨、研磨中的一种或几种。
[0032]采用前述磷酸铁锂空心球材料组装电池时，负极材料可以是石墨、碳
‑
硅复合材料、金属锂、石墨烯、氧化石墨烯、钛酸锂。
[0033]下面通过具体实施例和对比例对本专利技术进行进一步的说明。下述所涉及使用到的试剂、材料以及仪器若无特别说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可通过正常渠道采购获得。
[0034]实施例1：
[0035]本实施例的锂源为碳酸锂，铁源为草酸亚铁，磷源为聚磷酸铵，碳源为葡萄糖和聚乙二醇：
[0036]使用碳酸锂、草酸亚铁、聚磷酸铵、葡萄糖和聚乙二醇按摩尔比0.5：1：1.2：0.1：0.1混合，在研钵中研磨混合；
[0037]将以上混合物进行湿法高能球磨处理2h；
[0038]高能球磨混匀的材料转移至80℃烘箱中烘干；
[0039]将干燥后的材料转移至管式炉中，在650℃氩气气氛下煅烧4h，即得到产物磷酸铁锂空心球材料。
[0040]实施例2：
[0041]本实施例的锂源为碳酸锂，铁源为草酸亚铁，磷源为聚磷酸铵，碳源为葡萄糖和聚乙二醇：
[0042]使用碳酸锂、草酸亚铁、聚磷酸铵、葡萄糖和聚乙二醇按摩尔比0.5：1：1.2：0.1：0.1混合，在研钵中研磨混合；
[0043]将以上混合物进行干法高能球磨处理2h；
[0044]高能球磨混匀的材料转移至80℃烘箱中烘干；
[0045]将干燥后的材料转移至管式炉中，在650℃氩气气氛下煅烧4h，即得到产物磷酸铁锂材料。
[0046]实施例3：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法，其特征在于：混匀锂源、铁源、磷源、碳源，得到前驱体；高温煅烧前驱体得到具有空心球结构的磷酸铁锂材料。2.如权利要求1所述的一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法，其特征在于：所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硝酸锂、磷酸锂中的一种或几种。3.如权利要求1所述的一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法，其特征在于：所述的铁源为草酸亚铁、碳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、硝酸铁、磷酸铁中的一种或几种。4.如权利要求1所述的一种固相法合成磷酸铁锂空心球的方法，其特征在于：所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丹，陈露，孟岩，王玉珏，王鹏飞，刘林，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：